práctica 01. corte directo. mecánica de suelos

8/18/2019 Práctica 01. Corte Directo. Mecánica de Suelos

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La finalidad de los ensayos de corte es determinar la resistencia de una muestra de suelo

sometida a esfuerzos y por consiguiente, a deformaciones; que simulen las que existen o

existirán en el terreno, producto de las solicitaciones a las que se verá sometido el suelo.

Para conocer una de estas resistencias, en el laboratorio se utiliza el aparato de corte

directo, siendo una caja de sección cuadrada dividida horizontalmente en dos mitades.

Dentro de la caja de corte directo se coloca una muestra de suelo con piedras porosas en

ambos extremos, a este suelo se le somete a una carga vertical de confinamiento (Pv) que

provoca un esfuerzo normal al plano de falla y luego una carga horizontal (Ph) creciente,

que provoca el desplazamiento de la mitad móvil de la caja, originando el corte de la

muestra.

Imagen 01. Equipo de corte directo

El ensayo induce la falla a través de un plano determinado. Sobre este plano de falla actúan dos

esfuerzos:

Un esfuerzo normal () aplicado externamente debido a la carga vertical.

Un esfuerzo cortante () debido a la aplicación de la carga vertical.

Estos esfuerzos se calculan dividiendo las respectivas fuerzas entre el área (A) de la sección del

plano de falla, y con esto se debe satisfacer la ecuación de Coulomb:

Según esta ecuación, la resistencia al corte depende de la cohesión (c) y la fricción interna del

suelo (Φ). Obtener los valores de estos parámetros es el objetivo primordial de la práctica para

saber su ley de resistencia.


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I.

O B J E T I V O

Obtener la ley de resistencia de una muestra de arena en condiciones ambientales, es

decir, la cuantificación de los parámetros de resistencia (ɸ, c).

II. M A T E R I A L E S

Arena seca

Anillo de carga Equipo de corte directo

Cubo de maderaVernier

Embudo

Caja de corteCronómetro

Deformímetro

BásculaPesas y Soportes


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III.

D E S C R I P C I Ó N D E L A P R Á C T I C A

Obtener el peso de la arena.

Medir con el vernier las dimensiones de la caja de corte directo para obtener el área del

molde.

Medir con ayuda del vernier, la profundidad de la caja de corte directo sin suelo. Obtener

cuatro mediciones y de éstas, obtener el promedio.

Vaciar la arena con el embudo en la caja de corte de directo.

Medir con el vernier, la profundidad de la caja de corte directo con suelo. Obtener cuatro

mediciones y de éstas, obtener el promedio.

Cuantificar el peso volumétrico de la arena (ɣm). Colocar la carga vertical para definir el esfuerzo normal al plano de falla (σ).

Colocar los deformímetros vertical y horizontal, estos se utilizarán para medir las

deformaciones verticales y horizontales, respectivamente.

Ajustar el tornillo de la fuerza horizontal.

Girar la manivela del anillo a una velocidad de una vuelta por minuto.

Registrar las lecturas obtenidas: δh, δv, δanillo.

Con la rigidez del anillo (Kanillo) y la deformación del anillo (δanillo) obtener la fuerza

horizontal (Fh).

Obtener el esfuerzo cortante (τ) con la fuerza horizontal (Fh) y el área del molde.

Obtener la gráfica esfuerzo cortante (τ), contra la deformación horizontal, identificando el

esfuerzo cortante máximo (τmáx).

Obtener la gráfica deformación horizontal (δh), contra la deformación horizontal (δv).

Con los datos de las demás nuestras, trazar la ley de resistencia de la arena. Obteniendo así, los

parámetros de resistencia (ɸ, c).

Interpretación de resultados.


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IV.

M E M O R I A D E C Á L C U L O

Tabla 01. Mediciones

Medición Hs/suelo

[cm] H c/suelo

[cm]1 4.135 1.465

2 4.170 1.465

3 4.250 1.290

4 4.130 1.435

Promedio 4.171 1.414

largo 5.070 cm

ancho 5.070 cm

Ho 4.171 cm

Ao 25.705 cm²

Wm 120.000 g

γm 1.693 t/m³

P normal 15.000 kg

σ n 0.584 kg/cm²

Kanillo 60.338 Kg/mm

Lo 5.960 mm

Lf 5.813 mm

a. Volumen de la muestra (Vm)

b.

Peso volumétrico de la muestra (ɣm)


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Tabla 02. Lecturas de Micrómetros

Tiempo Lectura de anillo Micro h Micro v δ anillo δ horizontal δ vertical

[s] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm]

0 0.015 1.100 5.813 0.015 0.000 0.000

15 0.076 1.110 5.810 0.076 0.010 0.003

30 0.114 1.150 5.810 0.114 0.050 0.003

45 0.137 1.205 5.805 0.137 0.105 0.008

60 0.149 1.250 5.800 0.149 0.150 0.013

75 0.158 1.330 5.802 0.158 0.230 0.011

90 0.164 1.410 5.805 0.164 0.310 0.008

105 0.169 1.510 5.802 0.169 0.410 0.011

120 0.173 1.580 5.800 0.173 0.480 0.013

150 0.177 1.735 5.810 0.177 0.635 0.003

180 0.179 1.870 5.815 0.179 0.770 -0.002

210 0.179 2.060 5.827 0.179 0.960 -0.014

240 0.181 2.225 5.835 0.181 1.125 -0.022270 0.180 2.380 5.841 0.180 1.280 -0.028

300 0.180 2.540 5.851 0.180 1.440 -0.038

360 0.175 2.890 5.880 0.175 1.790 -0.067

420 0.174 3.215 5.895 0.174 2.115 -0.082

480 0.169 3.550 5.910 0.169 2.450 -0.097

540 0.168 3.895 5.920 0.168 2.795 -0.107

600 0.167 4.230 5.925 0.167 3.130 -0.112

660 0.163 4.555 5.929 0.163 3.455 -0.116

720 0.163 4.885 5.928 0.163 3.785 -0.115

780 0.159 5.240 5.931 0.159 4.140 -0.118840 0.163 5.550 5.932 0.163 4.450 -0.119

900 0.160 5.920 5.934 0.160 4.820 -0.121

c.

Determinación del esfuerzo cortante a un instante t=15 [s]

( )


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d.

Resultados para todos los instantes de la prueba.

Tabla 03. Esfuerzos cortantes

Tiempo Micro h Micro v δ anillo δ horizontal δ vertical Fh τ τmáx

[s] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [Kg] [kg/cm²] [kg/cm²]0 1.100 5.813 0.015 0.000 0.000 0.905 0.035

0.425

15 1.110 5.810 0.076 0.010 0.003 4.586 0.178

30 1.150 5.810 0.114 0.050 0.003 6.879 0.268

45 1.205 5.805 0.137 0.105 0.008 8.266 0.322

60 1.250 5.800 0.149 0.150 0.013 8.990 0.350

75 1.330 5.802 0.158 0.230 0.011 9.533 0.371

90 1.410 5.805 0.164 0.310 0.008 9.895 0.385

105 1.510 5.802 0.169 0.410 0.011 10.197 0.397

120 1.580 5.800 0.173 0.480 0.013 10.438 0.406

150 1.735 5.810 0.177 0.635 0.003 10.680 0.415180 1.870 5.815 0.179 0.770 -0.002 10.800 0.420

210 2.060 5.827 0.179 0.960 -0.014 10.800 0.420

240 2.225 5.835 0.181 1.125 -0.022 10.921 0.425

270 2.380 5.841 0.180 1.280 -0.028 10.861 0.423

300 2.540 5.851 0.180 1.440 -0.038 10.861 0.423

360 2.890 5.880 0.175 1.790 -0.067 10.559 0.411

420 3.215 5.895 0.174 2.115 -0.082 10.499 0.408

480 3.550 5.910 0.169 2.450 -0.097 10.197 0.397

540 3.895 5.920 0.168 2.795 -0.107 10.137 0.394

600 4.230 5.925 0.167 3.130 -0.112 10.076 0.392

660 4.555 5.929 0.163 3.455 -0.116 9.835 0.383

720 4.885 5.928 0.163 3.785 -0.115 9.835 0.383

780 5.240 5.931 0.159 4.140 -0.118 9.594 0.373

840 5.550 5.932 0.163 4.450 -0.119 9.835 0.383

900 5.920 5.934 0.160 4.820 -0.121 9.654 0.376

Para esta prueba:

[ ]

[ ]


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e.

Gráficas

Deformación horizontal Vs Esfuerzo Cortante

Deformación horizontal Vs Deformación vertical

0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

0.400

0.450

0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000

τ [kg/cm²]

δh [mm]

δh vs τ

Esfuerzo C Vs dh

tmáx

ResistenciaResidual

τmáx=0.425 [kg/cm²]

-0.140

-0.120

-0.100

-0.080

-0.060

-0.040

-0.020

0.000

0.020

0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000

δv [mm]

δh [mm]

δh vs δv

dh vs dv


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V. R E S U L T A D O S D E O T R A S P R U E B A S

Los resultados de cada brigada se presentan a continuación:

Tabla 03. Ángulo de fricción para la muestra de arena

Brigadaσn τmáx Φ

[kg/cm²] [kg/cm²] [°]

1 0.195 0.035 10.18

2 0.389 0.270 34.76

3 0.584 0.425 36.04

4 0.778 0.320 22.36

De acuerdo al peso volumétrico obtenido:

El ángulo de fricción interna de los granos para una arena seca, oscila aproximadamente entre:

Por lo que, para obtener la ley de resistencia únicamente se tomarán los datos de la segunda y

tercer brigada, además de tomar los valores de la primer brigada muy cercanos al origen.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

τ [kg/cm²]

σ [kg/cm²]

σ vs τ


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Regresión lineal simple

∑ ∑ ∑ ∑

∑ ∑

∑ ∑ ∑ ∑ ∑

Por lo tanto, la ley de resistencia queda dada por la expresión:

Por lo tanto, podemos concluir que se trata de un suelo puramente friccionante.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

τ [kg/cm²]

σ [kg/cm²]

Ley de Resistencia


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[13]

Bazan Olaya Juan Manuel

En esta práctica pudimos obtener los parámetros de interés que nos dieron a conocer que

nuestra área es un suelo puramente friccionante, es decir, que no tiene cementante en sus

granos. Y que además, tiene un tipo de falla plástica, puesto que al observar la gráfica

deformación horizontal vs esfuerzo cortante, al aumentar el esfuerzo la deformación crece,

tendiendo a un valor límite que se conserva aun cuando la deformación siga creciendo. Y ahora,

analizando la gráfica de deformaciones verticales y horizontales, podemos deducir que se trata de

una arena suelta por el comportamiento que se presenta. Como comentario particular hacia la

práctica, pude notar que el manejo de del equipo de corte directo requiere gente con alto grado

de sensibilidad tanto al manipular como en las lecturas, ya que se pudo notar en los errores de

lectura y manejo en algunas brigadas.

Espinoza Herrera Juan Manuel

He aprendido que las pruebas de laboratorio son muy importantes ya que con ellas podemos

saber con gran proximidad lo que podría pasar en campo, dependiendo de lo que queramos

conocer. La práctica de corte directo por ejemplo, nos puede servir para conocer cuál es la

resistencia que se tiene entre 2 estratos diferentes en un talúd, para así saber cuál es el esfuerzo

cortante con que va a fallar éste. O si sufrió un deslizamiento, poder saber si se puede mantener

por sí solo, sin desprenderse, con el esfuerzo residual calculado en laboratorio. Observando las

gráficas pude observar que tuvimos algunas desviaciones al respecto de cómo hemos visto las

curvas (esfuerzo- deformación) y (δV-δH), posiblemente se debió a que no se dio la vuelta a la

manivela constantemente a 1 (vuelta/minuto), o no registramos los datos adecuados, pero en si

nos representa una buena idea del comportamiento del material. Con respecto a las variaciones

que se hicieron con las cargas P para cada brigada, pude notar que mientras mayor fue ésta,

también lo fue el esfuerzo cortante, sin embargo los datos de la brigada 1 y 4 no estuvieron de

acorde con el ángulo que debería tener una arena seca, y al calcular la ley de resistencia

preferimos omitirlos, ya que se nos provocaban un mayor error, una vez calculada la ley de

resistencia de nuestra muestra se determinó que se trataba de un suelo puramente friccionante.

Gamero Sánchez Gustavo Vidal

La práctica resultó ser todo un éxito, ya que se pudo obtener, la ley de resistencia de una arena

con base en el análisis de los datos arrojados de la práctica. Con la ayuda de los deformímetros y

midiendo con el vernier, se pudieron obtener los datos necesarios, complementando con algunos

ya proporcionados para calcular los esfuerzos cortantes y como consecuencia el cortante máximo

que se obtiene para diferentes esfuerzos normales, los cuales obteníamos con el peso que le

poníamos a la báscula entre el área de la arena. Finalmente con estos datos, pudimos realizar la

gráfica de σvs donde se puede observar que se trata de una arena sin cohesión y su cortanteestará únicamente en función del ángulo ϕ que tengan sus granos de suelo.


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Gonzáles Miranda Jesús Joaquín

Para comenzar se debe tener en cuenta que las pruebas que se realizan en el laboratorio se

tratan de hacer lo mejor posible para simular las condiciones de campo en que se encuentra el

material. Para esta práctica de corte directo los resultados que se obtienen del ensayo deben ser

aplicables para estimar la resistencia al corte en una situación de campo. Sin embargo se tiene

contemplado que en toda prueba de laboratorio se pueden cometer errores en las mediciones u

obtención de valores, tal fue el caso de esta práctica en la cual se presentaron ciertos errores de

algunas brigadas, que se pueden notar al momento de obtener la ley de resistencia, por lo que se

omitió un valor, el que menos cumpliera con el ángulo de fricción interna de los granos de una

arena seca y con la tendencia del resto de los datos, para después aplicar una regresión lineal a

los valores admisibles y obtener la ley de resistencia de una arena, con ello concluyendo que la

muestra se trata de un suelo puramente friccionante. Hay que señalar que la prueba de corte

directo, presenta ciertas desventajas, por ejemplo: que cuando se está realizando el ensayo el

área de contacto no es constante, el plano de falla ya lo tenemos predeterminado y hay un

cambio volumétrico; afectando lo que verdaderamente ocurre en campo, por ello se ha optado

por el uso de otras pruebas como las triaxiales. Lo importante que nos llevamos como estudiantes

de ingeniería, es poder haber tenido contacto con los instrumentos que se usan en el mundo real

para obtener la resistencia que tendrán los suelos y sus parámetros de resistencia.

Jiménez Reyes Edgar Arturo

A través de la prueba de corte directo que realizamos en el laboratorio y con base en los

conocimientos teóricos aprendidos en clase, se determinaron los parámetros de una arena seca

para conocer mediante estos la ley de resistencia que rige sobre esta. De acuerdo con los

resultados obtenidos en el laboratorio, aceptando los errores que pudieron haberse cometido en

las mediciones, en la velocidad de aplicación de la fuerza, en la fricción que se presentó entre las

placas de metal y las variaciones de resultados que se tuvieron entre los equipos, se concluye que

la muestra de arena es un suelo puramente friccionante. Lo que nos llevó a este resultado fue, el

análisis de tomar un poco de esta arena entre nuestra mano y observar que al abrir los dedos esta

caía por gravedad, por lo que concluimos que la cohesión entre partículas era nula, descartando

de esta manera los puntos que se encontraban fuera de esta tendencia.Queda claro que la

prueba en el laboratorio no es más que una simulación de lo ocurre en el campo, ya que no es

posible controlar todas las variables presentes. De hecho la prueba de corte directo presenta

ciertas desventajas, las cuales de cierta manera afectan los resultados de lo que realmente ocurre

en campo, algunas de estas desventajas son, que el plano de falla esta predeterminado y solo

podemos conocer los esfuerzos que actúan sobre este y también que el área de contacto en el

plano de falla no permanece constante, y es por eso, que el corte directo se ha ido sustituyendo

por pruebas de compresión triaxial. Aun así es posible tener con esta prueba, una buena

aproximación de lo que realmente acurre en los suelos al ser cargados o descargados según el

caso. Lo relevante de esta prueba para nosotros como ingenieros, es hacer la estimación de la

resistencia que tendrán los suelos sometidos a fatigas y/o deformaciones, producto de una carga,

determinando la cohesión de las partículas, su ángulo de fricción y el ángulo del plano de falla,


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para establecer de esta manera cuáles pueden ser los esfuerzos mayores del suelo sin que este

falle o sufra deformaciones considerables.

Paz Lagunas David Emmanuel

Esta práctica nos permitió aplicar la prueba conocida como de corte directo que se llevan a cabo

en los laboratorios de mecánica de suelos para determinar algunas características de los suelos a

estudiar. Considero que los objetivos se cumplieron ampliamente debido a que pudimos

determinar el ángulo de fricción de la muestra (en este caso fue una arena) y además se obtuvo

su ley de resistencia. En nuestra grafica deformación horizontal vs esfuerzo cortante se puede

apreciar que en la primera parte de nuestra grafica (antes de llegar al esfuerzo máximo) conforme

se aumenta el esfuerzo la deformación es muy poca, pero al alcanzar su esfuerzo máximo

podemos notar que la pendiente de la gráfica cambia totalmente haciendo que para un esfuerzo

muy próximo al máximo (casi constante) la deformación es muy grande con respecto a lo

mencionado anteriormente.Ahora analizando la gráfica deformación horizontal contra

deformación vertical notamos que conforme aumenta la deformación horizontal nuestra

deformación vertical se está desplazando en los números negativos diciéndonos por lo tanto que

nuestro material se está compactando (Los granos se están acomodando entre ellos llenando los

huecos que existen y por lo tanto la falla es muy dúctil, de entrada podemos decir que el material

se trata de una arena seca).A la hora de tratar de sacar nuestra ley de resistencia (grafica esfuerzo

cortante vs esfuerzo normal) nos dimos cuenta en clase que hubo dos equipos que se salían

mucho del ajuste de la recta, es decir sus puntos que obtuvieron no se aproximaban mucho, (por

tanto se ajustó a los dos puntos de los equipos que si estaban bien y a un origen que dimos

nosotros) permitiéndonos obtener la ley de resistencia para la arena que se estudió. Creo que

este error fue práctico debido a que la manivela del anillo tenía que mantener una velocidad

constante y creo que algunos equipos no tuvieron mucho cuidado en este aspecto.

Ramírez Lozano Misael

El ensayo de corte directo cumplió su finalidad conocer la forma en como se hace la prueba para

conocer la resistencia de una arena en condiciones ambientales, los resultados que arrojo nuestra

brigada son muy parecidos al comportamiento de una arena logrando un ángulo φ de 36.04°. De la

gráfica de la línea de resistencia se hace evidente que pasa por el origen lo cual supone que no

existe cohesión así que se puede asegurar que se habla de un suelo puramente friccionante,

respecto a los resultados de las otras brigadas podemos ver que dos no entran en rango, la de 5kg

y la de 20 kg, seguramente se debe a mediciones del mismo equipo o bien a la velocidad con que

se giraba la manivela la cual tenía que dar una vuelta en tan solo un minuto teniendo un giro

constante, o en el caso de la de 5kg se pudo ver alterada por que el peso no afectaba tanto como

pudo haber afectado la fricción que existe con la tapa dela caja de corte al no ser lubricada

correctamente, se observa una deformación horizontal de manera creciente y una deformación

vertical que varía de datos negativos a positivos lo cual no habla del reacomodo de la arena en

espacios donde es posible que baje y suba respectivamente.


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Sánchez García María Esther

En esta práctica de corte directo, pudimos conocer la resistencia que la muestra de suelo (en este

caso fue arena) presenta al corte siendo está sujeta a una presión perpendicular al plano. Entre

los inconvenientes que pueden hacer de los resultados de esta práctica estén alejados de lo

esperado, está el hecho de que el área no es constante, por que al momento de nivelar el arena

dentro de la caja, lo hicimos con un cubo de madera que no es completamente liso además de

que la toma de lectura está en función de la persona que la tome, igualmente de que no se puede

medir el cambio volumétrico no el exceso de presión de poro.

Vázquez Ortega Alexei

Durante la realización de la práctica, cuya finalidad de los ensayos de corte, es determinar la

resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que

existen o existirán en terreno producido de la aplicación de una carga. El ensayo de corte directo

consistió en hacer deslizar una porción de suelo, respecto a otra a lo largo de un plano de falla

predeterminado mediante la acción de una fuerza de corte horizontal incrementada, mientras se

aplica una carga normal al plano del movimiento. Los aspectos del corte que me interesa

mencionar son los siguientes cuatro:

Resistencia al corte de un suelo no cohesivo (arenas y gravas) que es prácticamente

independiente del tiempo.

Resistencia al corte drenado para suelos cohesivos, en que el desplazamiento debe ser

muy lento para permitir el drenaje durante el ensayo.

Resistencia al corte residual, drenado, para suelos tales como arcillas en las que se

refieren desplazamientos muy lentos y deformaciones muy grandes.

Resistencia al corte para suelos muy finos bajo condiciones no drenadas en que el corte

es aplicado en forma rápida.

Finalmente, el ensayo fue relativamente rápido y fácil de llevar a cabo. Se encontró que

los parámetros de suelo T y C obtenidos por el método de corte directo son casi tan

confiables como los valores triaxiales, por la tanto son resultado que se pueden adoptar

para diseñar de acuerdo al tipo de obra requerida.

práctica 01. corte directo. mecánica de suelos

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