trabajo corte directo

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INTRODUCCIÓN Existen una serie de parámetros referentes al terreno que son indispensables en cualquier construcción u obra de ingeniería civil. Muchos de estos parámetros se obtienen a partir de ensayos realizados en el laboratorio, la 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 existirán en el terreno producto de la aplicación de una carga, el ensayo de corte directo tiene como objetivo determinar la resistencia al esfuerzo cortante de una muestra, valor que, entre otras cosas, será muy útil para el cálculo de la estabilidad de taludes o para la capacidad de soporte. La resistencia al esfuerzo cortante en el suelo se debe a dos componentes: la cohesión, aportada por la fracción fina del suelo y responsable, a su vez, del comportamiento plástico de éste y el rozamiento interno entre las partículas granulares o fricción. Dentro de las múltiples propiedades de los suelos desde el punto de vista de la Ingeniería Civil tiene gran importancia su comportamiento bajo la acción de cargas que hacen que se comporte como un material elástico que presenta esfuerzos y de formaciones.Con la elaboración de este informe, se describe el método de ensayo para la determinación de la resistencia al corte de una muestra de suelo, utilizando para ello un aparato de corte directo que simula la aplicación de las cargas reales a las que estará sometido el suelo. La mayor parte de las fallas se producen por esfuerzos cortantes y por ende, la resistencia de un suelo a este esfuerzo constituye la característica fundamental a la que se liga la capacidad de los suelos para adaptarse sin fallar a cargas que actúen sobre ellos. EI conocer las características del esfuerzo cortante es un prerrequisito para la solución de muchos problemas en el campo de

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Page 1: Trabajo Corte Directo

INTRODUCCIÓN

Existen una serie de parámetros referentes al terreno que son indispensables en cualquier

construcción u obra de ingeniería civil. Muchos de estos parámetros se obtienen a partir de ensayos

realizados en el laboratorio, la 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 existirán en el terreno

producto de la aplicación de una carga, el ensayo de corte directo tiene como objetivo determinar la

resistencia al esfuerzo cortante de una muestra, valor que, entre otras cosas, será muy útil para el

cálculo de la estabilidad de taludes o para la capacidad de soporte. La resistencia al esfuerzo

cortante en el suelo se debe a dos componentes: la cohesión, aportada por la fracción fina del suelo

y responsable, a su vez, del comportamiento plástico de éste y el rozamiento interno entre las

partículas granulares o fricción.

Dentro de las múltiples propiedades de los suelos desde el punto de vista de la Ingeniería Civil

tiene gran importancia su comportamiento bajo la acción de cargas que hacen que se comporte

como un material elástico que presenta esfuerzos y de formaciones.Con la elaboración de este

informe, se describe el método de ensayo para la determinación de la resistencia al corte de una

muestra de suelo, utilizando para ello un aparato de corte directo que simula la aplicación de las

cargas reales a las que estará sometido el suelo.

La mayor parte de las fallas se producen por esfuerzos cortantes y por ende, la resistencia de un

suelo a este esfuerzo constituye la característica fundamental a la que se liga la capacidad de los

suelos para adaptarse sin fallar a cargas que actúen sobre ellos. EI conocer las características del

esfuerzo cortante es un prerrequisito para la solución de muchos problemas en el campo de las

cimentaciones y permite la elaboración de procedimientos prácticos para desafiar y predecir su

funcionamiento bajo la acción de cargas reales.

El ensayo induce la falla a través de un plano determinado, sobre el que actúan un esfuerzo normal

aplicado externamente debido a la carga vertical y un esfuerzo cortante originado de la aplicación

de la carga horizontal.Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones con las

cuales podremos obtener la tensión de corte mediante un gráfico, además podremos obtener la

cohesión y el ángulo de fricción interna del suelo.

Si una masa de suelo se somete a un esfuerzo de corte que excede su capacidad de resistencia, se

produce un movimiento relativo a los largo de un plano de falla. Las teorías de falla buscan definir

cuáles son las condiciones que hacen que se produzca la falla en un material. La forma general de

estas teorías se expresa por medio de la ecuación de Coulomb. EI equipo de corte directo es útil

para determinar el valor de la cohesión y el Angulo de fricción interna, los cuales se consideran

válidos para una masa de suelo con características similares a las muestras ensayadas. Los

resultados de este ensayo son utilizados en el análisis y diseño de obras de ingeniería tales como en

el cálculo de presiones de tierra contra estructuras de contención, en estabilidad de taludes y en la

capacidad de soporte de los suelos de fundación.

Page 2: Trabajo Corte Directo

CORTE DIRECTO.

Cuando una estructura se apoya en la tierra, transmite los esfuerzos al suelo de fundación. Estos esfuerzos producen deformaciones en el suelo que pueden ocurrir de tres maneras:1. Por deformación elástica de las partículas.2. Por cambio de volumen en el suelo como consecuencia de la evacuación del líquido existente

en los huecos entre las partículas.3. Por deslizamiento de las partículas, que pueden conducir al deslizamiento de una gran masa de

suelo. El primer caso es despreciable para la mayoría de los suelos, en los niveles de esfuerzo que ocurren en la práctica. El segundo caso corresponde al fenómeno de la consolidación. El tercer caso, correspondea fallas del tipo catastróficos y para evitarla se debe hacer un análisis de estabilidad, que requiere del conocimiento de la resistencia al corte de suelo. El análisis 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 económicamente 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 determinación de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos puede decirse que constituye uno de los puntos fundamentales de toda la Mecánica de Suelos. En efecto, una valoración correcta de este concepto constituye un paso previo imprescindible para intentar, con esperanza de éxito cualquier aplicación de la Mecánica de Suelos al análisis de la estabilidad de las obras civiles.

ENSAYO CORTE DIRECTO.La finalidad de los en sayos de corte, es determinar la resistencia de unamuestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformación esquesimulen las que existe no existirán en terreno producto de la aplicación de una carga.Para conocer una de estas resistencias en laboratorio se usa el aparato de corte directo, siendo el más típico una caja de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades. Dentro de ellas se coloca la muestra de suelos con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento (Pv) y luego una carga horizontal (Ph) creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra.

Aparato del esquema de corte directo

Principio del ensayo de corte   directo. Los aspectos del corte que nos interesa cubrir pueden dividirse en cuatro categorías:1. Resistencia al corte de un suelo no cohesivo (arenas y gravas) que es prácticamente

independiente del tiempo.2. Resistencia al corte drenado para suelos cohesivos, en que el desplazamiento debe ser muy

lento para permitir el drenaje durante el ensayo.3. Resistencia al corte residual, drenado, para suelos tales como arcillas en las que se refieren

desplazamientos muy lentos y deformaciones muy grandes.

Page 3: Trabajo Corte Directo

4. Resistencia al corte para suelos muy finos bajo condiciones no drenadas en que el corte es aplicado en forma rápida.

Por otro lado, según la forma en que se aplica el esfuerzo horizontal, los ensayos de corte se puedenclasificar en dos tipos:a. Ensayo de tensión controlada.- Se aplica el esfuerzo horizontal, se miden las deformaciones

hasta llegar hasta la estabilización, luego se aumenta la fuerza horizontal y así sucesivamente, hasta que llega el momento en que las deformaciones no se estabilizan, lo que nos indica que hemos sobrepasado la carga de rotura.

Sección de la caja de corte

b. Ensayos de deformación controlada.- La mitad móvil de la caja se desplaza a una velocidad determinada; los esfuerzos horizontales se van midiendo con un anillo dinamométrico conectado en serie con la fuerza horizontal.

Disposición del sistema de carga

Ensayos de resistencia al esfuerzo de corte en suelos.Los tipos de ensayos para determinar la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos en  Laboratorio son: Corte Directo, Compresión Triaxial, Compresión Simple.Durante muchos años, la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante fue prácticamente la única usada para la determinación de la resistencia de los suelos: hoy, aun cuando conserva interés práctico debido a su simplicidad, ha sido sustituida en buena parte por las pruebas de compresión Triaxial.

CLASIFICACIÓN DE ENSAYOS DE CORTE DIRECTO

Page 4: Trabajo Corte Directo

A. Ensayos no consolidados – no drenadosEl corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga normal (vertical). Si el suelo es cohesivo, y saturado, se desarrollará exceso de presión de poros. Este ensayo es análogo al ensayo Triaxial no consolidado – drenado.

 B. Ensayo consolidado – no drenado

Se aplica la fuerza normal, se observa el movimiento vertical del deformímetro hasta que pare el asentamiento antes de aplicar la fuerza cortante. Este ensayo puede situarse entre los ensayos triaxiales consolidado – no drenado y consolidado – drenado.

 C. Ensayo consolidado  - drenado

La fuerza normal se aplica, y se demora la aplicación del corte hasta que se haya desarrollado todo el asentamiento; se aplica a continuación la fuerza cortante tan lento como sea posible para evitar el desarrollo de presiones de poros en la muestra. Este ensayo es análogo al ensayo Triaxial consolidado – drenado. Para suelos no cohesivos, estos tres ensayos dan el mismo resultado, esté la muestra saturada o no, y por supuesto, si la tasa de aplicación del corte no es demasiado rápida. Para materiales cohesivos, los parámetros de suelos están marcadamente influidos por el método de ensayo y por el grado de saturación, y por el hecho de que el material esté normalmente consolidado o sobreconsolidado. Generalmente, se obtienen para suelos sobreconsolidados dos conjuntos de parámetros de resistencia: un conjunto para ensayos hechos con cargas inferiores a la presión de preconsolidación y un segundo juegos para cargas normales mayores que la presión de preconsolidación. Donde se sospeche la presencia de esfuerzo de preconsolidación en un suelo cohesivo sería aconsejable hacer seis o más ensayos para garantizar la obtención de los parámetros adecuados de resistencia al corte.

Fundamentos para el análisis del ensayo - Ley de coulomb.El ensayo de corte directo impone sobre un suelo las condiciones idealizadas del ensayo. O sea, induce la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado. Sobre este plano actúan dos fuerzas (o esfuerzos): un esfuerzo normal debido a una carga vertical  (Pv) aplicada externamente y un esfuerzo cortante debido a la aplicación de una carga horizontal (Ph). Estos esfuerzos se calculan simplemente como: 

σ n =   Pv /A                     f =   Ph /A Donde A es el área nominal de la muestra (o de la caja de corte) y usualmente no se corrige para tener en cuenta el cambio de área causada por el desplazamiento lateral de la muestra (Ph).La relación entre los esfuerzos de corte de falla (f ) y los esfuerzos normales ( σn ) en suelos, se muestra en la figura 5.21 y puede representarse por la ecuación siguiente:

 f  =   c + σ n  *  tg Φ

Page 5: Trabajo Corte Directo

Relación entre los esfuerzos de corte máximo y los esfuerzos normales. La línea recta obtenida se conoce como Envolvente

de falla

Ecuación de falla de corte de CoulombEn 1776 Coulomb observó que si el empuje que produce un suelo contra un muro de contención produce un ligero movimiento del muro, en el suelo que está retenido se forma un plano de deslizamiento esencialmente recto. El postuló que la máxima resistencia al corte,  , en el plano de falla está dada por:

 = c +  tan 

Donde: = es el esfuerzo normal total en el plano de falla

       = es el ángulo de fricción del suelo        c = es la cohesión del suelo

La utilización de la ecuación de Coulomb no condujo siempre a diseños satisfactorios de estructuras de suelo. La razón para ello no se hizo evidente hasta que Terzaghi publicó el principio de esfuerzos efectivos.

 = ´+ u Donde:u = presión intersticial´= esfuerzo efectivo

Componentes de la resistencia al corteDe la  ley de Coulomb se desprende que la resistencia al corte de suelos en términos generales tiene dos componentes:a) Fricción (tg Φ) que se debe a la trabazón entre partículas y al roce entre ellas cuando están

sometidas a esfuerzos normales.b) Cohesión (C) que se debe a fuerzas  internas que mantienen unidas a las partículas en una

masa.

 Para materiales no cohesivos, la cohesión debería ser cero por definición y la ecuación de Coulomb se convierte en:

f  = σ n  *  tgΦ Siendo N la fuerza vertical que actúa sobre el cuerpo, la fuerza horizontal necesaria (T) para hacer deslizar el cuerpo, debe ser superior a N, siendo el coeficiente de roce entre los dos materiales. Esta relación también puede ser escrita de la forma siguiente:

T = N tgΦ

Siendo Φ, el ángulo de roce o ángulo formado por la resultante de las dos fuerzas con la fuerza normal. La resistencia al deslizamiento es proporcional a la presión normal y puede ser representada Por la figura

Page 6: Trabajo Corte Directo

MÉTODO DE ENSAYOEste ensayo consiste en colocar el espécimen del ensayo en una caja de cizalladura directa, aplicar un esfuerzo normal determinado, humedecer o drenar el espécimen de ensayo, o ambas cosas, consolidar el espécimen bajo el esfuerzo normal, soltar los marcos que contienen la muestra y desplazar un marco horizontalmente respecto al otro a una velocidad constante de deformación y medir la fuerza de cizalladura y los desplazamientos horizontalesa medida que la muestra es cizallada.

Ensayo de corte directo.

Page 7: Trabajo Corte Directo

La figura a, se muestra los principales detalles del aparato de corte directo, en el cual la muestra de suelo se introduce en un molde dividido horizontalmente en dos mitades. Se aplica luego a la muestra una fuerza normal N mediante una placa de carga, y, luego de fijar la mitad superior del molde, se corta la muestra en un plano horizontal mediante la aplicación de una fuerza cortante .El diseño del molde no permite el control del drenaje de la muestra. Esta no es una limitante en el caso de arenas y gravas, que son materiales de drenaje libre y por lo general fallan en condiciones completamente drenadas. Sin embargo, en depósitos de arcilla un elemento de suelo en el campo puede fallar sin ningún drenaje, con drenaje parcial, o drenaje completo. La falta de control del drenaje hace obvio que exista una incertidumbre sobre si este valor representa o no la verdadera resistencia no drenada

Corte directo

La Figura b, se muestra las relaciones típicas esfuerzo-deformación unitaria-cambio de volumen. Al graficar el máximo esfuerzo cortante f en función del esfuerzo normal efectivo ´ se obtiene el ángulo de fricción efectivo para un estado de densidad en particular. Para establecer la envolvente de falla se realizan diferentes ensayos con diferentes valores de presión de confinamiento (esfuerzo normal) y se dibuja una línea recta desde el origen (ya que ´ = 0 en suelos granulares) pasando por los respectivos puntos; la pendiente de esta línea se designa con ’.

Tipo de suelo ´ Grados  Suelto Densolimo 27 - 30 30 - 34arena limosa 27 - 33 30 - 35arena uniforme 28 34arena bien graduada 33 45grava arenosa 35 50

Valores de ´ para suelos granulares

Aplicaciones de los resultados del ensayo a fallas de terreno.a. Capacidad de carga en bases y fundaciones para estructuras en arcillas homogéneas saturadas,

inmediatamente después de la construcción. El terreno bajo una fundación, es presionado por la falla y asume fallar por corte, en la forma como indica la figura a

b. La presión de tierra en el muro de contención, prevalece inmediatamente después de la construcción. Figura b

c. Presión de tierra contra la entibación de una excavación temporal. Figura cd. Prevención contra el levantamiento de fondo de las excavaciones. Figura de. Estabilidad de los taludes, inmediatamente después de la excavación. Figura ef. Estabilidad en diques de tierra, durante períodos cortos de construcción. Figura f

Page 8: Trabajo Corte Directo

Ejemplos simplificados de mecanismos de fallas en terrenos

VENTAJAS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTOa. El ensayo es relativamente rápido y fácil de llevar a cabo.b. El principio básico es fácilmente comprensible.c. La preparación de la muestra no es complicada.d. El principio puede aplicarse a suelos granulares y otros materiales que contienen grandes

partículas que serían muy caras de ensayar por otros medios.e. Puede medirse el ángulo de fricción entre suelo y roca, o entresuelo y otros materiales.f. El ensayo Triaxial es, relativamente, mucho más difícil de ejecutar e interpretar, especialmente

si se toman medidas de presión de poros.g. El tamaño de las muestras hace que efectuar ensayos consolidados no drenados y consolidados

drenados no requiere demasiado tiempo, pues el tiempo de drenaje es bastante corto aún para materiales con bajo coeficiente de permeabilidad, debido a que el camino de drenaje es muy pequeño.

h. Se ha introducido cajas con muestra cuadrada de forma que la reducción de área durante el ensayo pueda fácilmente tenerse en cuenta si se desea. El uso de cajas cuadradas es relativamente reciente, y la mayoría de las máquinas antiguas todavía en servicio, utilizan cajas circulares.

i. La máquina de corte directo es mucho más adaptable a los equipos electrónicos de medición, de forma que no se requiera la presencia continua de un operario para efectuar ensayos consolidados- drenados, que puedan durar varios días.

j. Se ha encontrado que los parámetros de suelo  y c obtenidos por el método de corte directo son casi tan confiable como los valores triaxiales (probablemente esto se debe más a problemas del operador que al hecho de que los equipos tengan igual capacidad de comportamiento). Lo anterior no quiere indicar que el ensayo Triaxial sea indeseable; sino que, si se desean únicamente los parámetros de suelo, los valores que brinda el ensayo de corte directo se han encontrado usualmente bastante aceptables.

ENSAYO.El ensayo está normalizado en ASTM 3080. La caja de corte es del tipo cuadrada de 100 * 100 mm.El “set” de presiones normales aplicadas a la muestra queda a criterio del constructor. Se recomienda usar valores de 50%; 100%; 150% y 200% del valor de terreno. Es decir si la estructura descarga en su fundación una tensión de compresión de 2 (Kg/cm²), se recomienda usar valores de 1,2,3 y 4 (kg/cm2), lo que traducido a pesos significan 100, 200, 300 y 400 kg  respectivamente.

Aparatos- Máquina de corte Directo.- Caja de corte directo.

Page 9: Trabajo Corte Directo

Componentes de la caja de ensayo de corte

Placas de la caja de corte

Preparación de la muestraEl procedimiento depende del tipo de suelo y de las condiciones en que será ensayado. El tamaño máximo de las partículas para la caja de 10 cm de lado es de 3,35 mm. - Arena Seca

Se ensaya generalmente a una densidad predeterminada, la muestra se prepara colocando el material en la caja de corte y compactándola en ella, el peso de la muestra se calcula por diferencia entre el peso de la caja con muestra y el peso de la caja vacía. El nivel a que se coloca es del orden de 5 mm por debajo del nivel superior.Coloque la placa ranurada, en la superficie de la muestra con las ranuras en dirección perpendicular al movimiento. Mida la distancia entre el borde superior de la caja y la superficie de la placa, en las cuatro esquinas o en el centro de los cuatro lados, el promedio de estos valores lo llamaremos X.

Page 10: Trabajo Corte Directo

        Determine la altura de la muestra a partir de la expresión siguiente:H = B - ( t1 + 2t2 + X )   [cm]DondeB        : Altura total de la cajat2         : p + nqr/L

 - Arena seca densa

Se recomienda vibrar la muestra al interior de la caja. - Arena seca suelta

Dejar caer la muestra desde una pequeña altura en el interior de la caja. Evite golpear la caja al instalarla, puesto que la arena suelta es muy sensible a los golpes.

 - Arena saturada

En estas condiciones agregue agua a la muestra y colóquela en la caja. No se debe obtener densidades bajas, sólo densidades medias o altas.

CÁLCULOSLos siguientes cálculos son aplicables tanto a suelos cohesivos como a suelos no cohesivos.a. Densidad de la muestra: Si durante el ensayo ocurren asentamientos importantes  la densidad

varía de la siguiente forma:          γ =                    H                     xال 0ال

H – ∆ 

.γ = Densidad en función del asentamientoالH = Altura inicial de la muestra∆ = Asentamiento (Deformación vertical)0ال = Densidad  inicial

b. Calculo de Esfuerzos normalesσ = Pv

     ADonde:Pv = Carga aplicada normal             A = Area de la muestra  (100 cm2) Los esfuerzos normales con los que se trabajará son:σ N1 = 0, 25  (Kg/cm2)            σ N2 = 1,00  (Kg/cm2)       σ N3 =4.0 (Kg/cm2)

c. Calculo del Esfuerzo Cortante Ultimo

T= Fuerza rasante dada por el anillo de carga

d. Construir la Envolvente de Falla- Dibujar el valor del esfuerzo  cortante   contra el esfuerzo Normal.- Trazar una línea recta a través de los  puntos dibujados.- Obtener el intercepto de cohesión (si existe) con el eje ordenado y medir la pendiente de la

línea para obtener el ángulo de fricción interno.

e. Deformación Unitaria-  Dibujar una curva de esfuerzo de deformación Unitaria contra esfuerzo cortante.-  Entregar el dato de deformación máxima  en milímetros

Page 11: Trabajo Corte Directo

 f. Esfuerzos de corte y cambios de volumen

Confeccione un gráfico que lleve en las abscisas el desplazamiento y en las ordenadas los esfuerzos de corte. Usando la misma escala para los desplazamientos horizontales, confeccione otro gráfico, llevando en las ordenadas los cambios de volumen. Las curvas para un set de ensayos, deben ir en un solo gráfico, como se indica en la figura 5.27.

 g. Envolvente de Coulomb

Confeccione un gráfico llevando en las ordenadas el esfuerzo de corte de falla, y en abscisas los esfuerzos normales. Las escalas vertical y horizontal deben ser las mismas. Dibuje una línea que represente a los puntos del gráfico. Si el suelo es granular y no cohesivo, esta recta debería pasar por el origen (c=0) que puede considerarse como otro punto del ensayo. Esta recta es la llamada envolvente de falla o de Coulomb.

 Determine la inclinación de esta recta (tg Φ), que indica el ángulo de fricción interna. Determine la intersección con el  eje vertical que nos indica la cohesión del suelo.

Gráficos típicos para un ensayo de corte

Page 12: Trabajo Corte Directo

ENSAYO DE CORTE DIRECTO Nº 1

INTRODUCCION

La 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 producto de la aplicación de una carga.El ensayo de corte directo se realiza con el objetivo principal de determinar el valor de la cohesión, así como el ángulo de fricción interna de un suelo sometido a esfuerzo cortante.Este ensayo impone sobre un suelo condiciones idealizadas, o sea indica la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado. Sobre este plano actúan dos fuerzas, una normal por una carga vertical aplicada y un esfuerzo cortante debido a la acción de una carga horizontal. Como el esfuerzo cortante y el esfuerzo normal tienen el mismo significado en la construcción del Círculo de Mohr, en lugar de resolver una serie de ecuaciones para C y tanФ, es posible dibujar en un plano de ejes coordenados estos valores para los diferentes ensayos y proponer promedio del valor de la cohesión en el corte en Y f por la pendiente de esta recta.Normalmente el ensayo se realiza sobre tres probetas de un mismo suelo, sometida cada una de ellas a una presión normal diferente, obteniéndose la relación entre la tensión tangencial de rotura y la tensión normal aplicada.La evaluación de la resistencia al esfuerzo normal y cortante del suelo, permite cuantificar parámetros necesarios para solucionar problemas relacionados con la resistencia del terreno, que nos permite analizar problemas de la estabilidad de suelos tales como: el estudio de estabilidad de taludes para carreteras, la determinación de la capacidad de soporte en cimentaciones, la presión lateral sobre estructuras de retención de tierras. El presente informe de laboratorio es donde presentamos uno de los tres ensayos para determinar La resistencia al esfuerzo cortante de suelo, como es el ensayo de corte directo que es un ensayo más preciso que el ensayo de compresión simple pero poco menos que el ensayo de compresión triaxial, pero su estudio es indispensable ya que los resultados son aproximados y nos pueden dar una idea del comportamiento de suelo al ser sometido a esfuerzos(cortante y normal), a continuación aremos un ensayo con un tipo de suelo utilizando este tipo de ensayo y observaremos los resultados.El aparato empelado en esta prueba es el ideado por Casa Grande. La muestra inalterada se coloca en su interior y se somete a un esfuerzo tangencialτ a una carga P. haciendo variar las cargas P, se van observando los correspondientes esfuerzos de rupturas τde y con esos valores se traza la envolvente, de los círculos de Mohr., que dará a conocer el valor de c, ordenada en el origen, y el ángulo φ de inclinación de la línea.

Page 13: Trabajo Corte Directo

1.-OBJETIVOS.Determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad portante delSuelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.Determinar la cohesión y el ángulo de fricción interna.

2.-BASE TEORICA

Resistencia al corte de un sueloEsta resistencia del suelo determina factores como la estabilidad de un talud, la capacidad de carga admisible para una cimentación y el empuje de un suelo contra un muro de contención.

Ecuación de falla de Coulomb

Coulomb observo que si el empuje de un suelo contra un muro produce un desplazamiento en el muro, en el suelo retenido se forma un plano recto de deslizamiento. El postulo que la máxima resistencia al corte, τf, en el plano de falla, está dada por:

t f = c + σtgφ…..(1)

Dónde:

σ = Es el esfuerzo normal total en el plano de falla.φ = Es el ángulo de fricción del suelo (por ejemplo, arena)c = Es la cohesión del suelo (por ejemplo, arcilla).

Esta es una relaciónempírica y se basa en la Ley de Fricción de A montón para el deslizamiento de dos superficies planas, con la inclusión de un término de cohesiónc para incluir la Stiction propia del suelo arcilloso. En los materiales granulares, c = 0 y por lo tanto:

τf = σ tg φ Suelo granular----------(2)Contrariamente, en suelos puramente cohesivos, φ = 0, luego:τf = c Suelo cohesivo puro----------(3)

Pero la ecuación (1) no condujo siempre a resultados satisfactorios, hasta que Terzagui publica su expresiónσ = σ’ + U con el principio de los esfuerzos Efectivos (el agua no tiene cortante). Entonces:

τf = c ‘+ σ’ tg φ’--------------(4)

APARATO DE CORTE DIRECTOPuesto que la resistencia al cortante depende de los esfuerzos efectivos, en el suelo los análisis deben hacerse en esos términos, involucrando c’ y φ’, cuyos valores se obtienen del ensayo de corte directo: Aplicando al suelo una fuerza normal, se puede proceder a cizallarlo con una fuerza cortante. El movimiento vertical de la muestra se lee colocando un deformimetro en el bastidor

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superior. El molde no permite control de drenaje, que en el terreno pueden fallar en condiciones de humedad diversas (condición saturada no drenada, parcialmente drenadas o totalmente drenadas), para reproducir las condicionesde campo se programa la velocidad de aplicación de las cargas. En arenas, como el drenaje es libre, el ensayo se considera drenado.

3.-EQUIPOS Y MATERIALES

Muestra de suelo inalterado.-La muestra fue obtenida del distrito de San Jerónimo, específicamente de las ladrilleras “Latesa” a una profundidad aproximada de 8.50 metros.

Equipo de Corte.- Proporcionara medios para aplicar un esfuerzo normal a las caras de la muestra. La máquina debe ser capaz de aplicar una fuerza cortante a la muestra a lo largo de un plano de corte predeterminado, cabe resaltar que para este ensayo de utilizo un aparato tradicional.

Page 15: Trabajo Corte Directo

Caja de Corte.-También llamada como caja de cizalladura está hecha de acero inoxidable de forma cuadrada.

Molde.- Tiene una forma cuadrada de dimensiones: 4,9cm de longitud del lado de la cara interna y 5cm de la cara externa.

Deformímetro.- Nos proporciona los datos de deformación en 0.001pulg que multiplicado por 25.4 nos da la deformación en milímetros.

TAPA SUPERIOR

CAJA DE CORTE

Page 16: Trabajo Corte Directo

Otros materiales.-Como son cuchillo, calculadora, cámara fotográfica.

4.-METODO

PARA SUELO COHESIVO1. Moldear cuidadosamente tres muestras de mismo tamaño y en loposible de la misma densidad,

tomadas de una muestra de bloque grande, o de una muestra de tubo. Utilizar un anillo cortante de manera que el tamaño pueda ser controlado. Cualquier muestra con un peso apreciablemente diferente de las otras muestras debe descartarse y ensu lugar moldear otra muestra.

2. Retroceder la separación y el agarre de los tornillos guía en la parte superior de la caja de corte y ensamblar las dos partes. Asegurarse de que las piedras porosas están saturadas a menos que se vaya a ensayar un suelo seco. Medir las dimensiones de la caja de corte para calcular el área de la muestra.

Page 17: Trabajo Corte Directo

3. Colocar cuidadosamente la muestra dentro de la caja de corte. La muestra debe ajustar perfectamente en la caja y llenarla hasta cerca de 5 mm de la parte superior de la caja de corte. Colocar el bloque o pistón de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normal P.

4. Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una pequeñaseparación apenas mayor que el tamaño de la partículamás grande que presente el suelo. Asegurarse de que la carga normal refleje la fuerza normal más el peso del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte. Tener cuidado al separar la caja de corte cuando se ensaya arcillas blandas porque parte del material puede salir de la caja por la zona de separación, utilizar en estos casos cargas verticales pequeñas.

5. Colocar el deformimetro de deformación cortante, fijar en cero el deformimetro.

6. Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformimetro de carga, desplazamiento de corte. Si el ensayo se hace a deformaciónunitaria controlada tomar estas

Page 18: Trabajo Corte Directo

lecturas al desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20 unidades del deformimetro de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0.5-2 mm/min.

5.-RESULTADOSDATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

MUESTRA N°1

CARGA VERTICAL 12.738 KgDEFORMACION DEL

DIAL (mm)PESO QUE MARCA LA

ROMANA (Kg)ESFUERZO CORTANTE

(Kg

cm2 )

0 0 0.00

0.127 1.0 0.040.254 2.0 0.080.381 3.8 0.160.508 4.3 0.180.635 5.8 0.240.762 6.1 0.250.889 7.5 0.311.016 8.0 0.331.143 8.7 0.361.27 11.0 0.461.397 14.0 0.581.524 21.8 0.911.651 29.5 1.231.778 36.8 1.531.905 40.0 1.672.032 43.8 1.822.159 45.9 1.91

MUESTRA N°2

CARGA VERTICAL 23.888 KgDEFORMACION DEL DIAL (mm) PESO QUE MARCA LA

ROMANA (Kg)ESFUERZO

CORTANTE (Kg

cm2 )

0 0.0 0.0

0.127 4.0 0.2

0.254 6.0 0.2

0.381 8.5 0.4

0.508 10.0 0.4

0.635 12.0 0.5

0.762 13.8 0.6

0.889 16.0 0.7

1.016 18.3 0.8

1.143 20.0 0.8

1.27 22.8 0.9

1.397 30.5 1.3

Page 19: Trabajo Corte Directo

1.524 35.0 1.5

1.651 42.0 1.7

1.778 43.5 1.8

1.905 45.0 1.9

2.032 47.8 2.0

2.159 50.0 2.1

2.286 51.5 2.1

2.413 52.0 2.2

2.54 53.0 2.2

2.667 54.5 2.3

2.794 55.8 2.3

2.921 56.0 2.3

3.048 58.0 2.4

3.175 60.0 2.5

MUESTRA N°3CARGA

VERTICAL32.826 Kg

DEFORMACION DEL DIAL (mm)

PESO QUE MARCA LA ROMANA (Kg)

ESFUERZO CORTANTE (

Kg

cm2 )

0 0.0 0.00.127 15.8 0.70.254 18.0 0.70.381 21.0 0.90.508 23.0 1.00.635 25.0 1.00.762 26.3 1.10.889 28.3 1.21.016 29.3 1.21.143 30.0 1.21.27 32.5 1.41.397 44.0 1.81.524 60.0 2.51.651 72.3 3.01.778 76.0 3.21.905 86.0 3.62.032 91.0 3.8

Page 20: Trabajo Corte Directo

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

ESFUERZO CORTANTE v/s DEFORMACION

MUESTRA 1MUESTRA 2MUESTRA 3

DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL (mm)

ESFU

ERZO

S CO

RTAN

TES

(Kg/

cm2

)

CARGA VERTICAL (kg)

ESFUERZO VERTICAL (Kg/cm2)

ESFUERZO CORTANTE (Kg/cm2)

12.738 0.53 1.91

23.888 0.99 2.50

38.826 1.37 3.79

0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.600.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

f(x) = 2.20532796358158 x + 0.607185371002805R² = 0.925448781102307

GRAFICO τ vs σ

σ (Kg/cm2)

τ (Kg

/cm

2)

C=0.6072

��=

6.-OBSERVACIONES

Page 21: Trabajo Corte Directo

Como no se contó con piedra porosa se utilizó madera.En la muestra de ensayo se utilizó una arcilla parcialmente saturada

7.-CONCLUSIONES

- El ensayo también es usado para dar la resistencia al corte para lo cual es necesario cortar la muestra de suelo a una velocidad lo suficientemente lenta para asegurar la disipación inmediata del exceso de presión intersticial que se produce durante el corte.

- Se determinó la Cohesión (0.6077) y el Ángulo de Rozamiento Interno, permitiendo (65.608°) establecer la resistencia al corte del suelo.

- Los resultados nos indican que el esfuerzo cortante es ligeramente menor al del esfuerzo normal, y que su deformación al corte (la curva) es de falla gradual o progresiva, teniendo una resistencia media al corte.

- El ensayo se hizo en un suelo friccionante-cohesivo (arcilla)8.-RECOMENDACIONES

Se tuvo problemas en la máquina de corte se recomienda utilizar los elementos de seguridad.

FUENTE:

Manual de laboratorios de mecánica de suelos en ingeniería civil de Joseph E. Bowles

ENSAYO DE CORTE DIRECTO Nº 2

1. INTRODUCCIÓN

Con la elaboración de este informe, se describe el método de ensayo para la determinación de la resistencia al corte de una muestra de suelo, utilizando para ello un aparato de corte directo que simula la aplicación de las cargas reales a las que estará sometido el suelo.

El ensayo induce la falla a través de un plano determinado, sobre el que actúan un esfuerzo normal aplicado externamente debido a la carga vertical y un esfuerzo cortante originado de la aplicación de la carga horizontal.

Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones con las cuales podremos obtener la tensión de corte mediante un gráfico, además podremos obtener la cohesión y el ángulo de fricción interna del suelo.

2. OBJETIVOS

Determinar la cohesión y el ángulo de fricción interna de una muestra de suelo con la finalidad de obtener la resistencia al corte del suelo en análisis.

3. MATERIALES Y METODOLOGÍA

Page 22: Trabajo Corte Directo

3.1 Materiales: Máquina de corte directo, capaz de sujetar la probeta entre dos piedras porosas, medir las

cargas normales, medir cambios de espesor, medir desplazamientos y permitir el drenaje a través de las piedras porosas.

Cajas de corte, normalmente son cuadradas de 10 o 6 cm. de lado, o bien cilíndricas de 6, 10 ó 16 cm. de diámetro, con sus respectivas piedras porosas.

Balanza, una de 0,1 gr. de precisión. Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz de mantenerse en

110º ± 5º C. Agua destilada, Cuchillo. Cronómetro. Recipientes para determinar humedad.

3.2 Metodología:

De acuerdo a la norma ASTM D 3080 y AASHTO T 236, se moldean 3 probetas de una muestra de suelo inalterada, utilizando un anillo cortante para controlar el tamaño. Se ensambla la caja de corte, se saturan las piedras porosas y se mide la caja para calcular el área de la muestra. Se colocan la muestra en la caja de corte, las piedras porosas y el pistón de carga sobre el suelo, se ajusta el deformímetro vertical.

Una vez efectuado esto, se coloca la muestra dentro de la caja de corte, colocamos el pisto de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normal y ajustamos el deformímetro.

Una vez hecho esto, enceramos el deformímetro horizontal y vertical. Para ensayos saturados, es necesario llenar la caja de corte con agua y esperar un tiempo razonable para que se produzca la saturación de la muestra.Comenzar la carga horizontal y tomar lecturas del deformímetro de carga, desplazamiento de corte y desplazamientos verticales. Si el ensayo se hace a deformación unitaria controlada tomar estas lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 ó 20 unidades del deformímetro de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0.5 a no más de 2 mm/min. Repetimos estos pasos para las demás muestras.

Page 23: Trabajo Corte Directo

Alterno a esto, determinamos el contenido de humedad de la muestra.

Graficamos el esfuerzo cortante vs. el desplazamiento horizontal y se determinan los valores de esfuerzo para cada probeta. Luego efectuamos una gráfica de los esfuerzos vs. la presión unitaria tal como se indica a continuación; en la gráfica podremos obtener la cohesión y en ángulo de fricción interna del suelo.

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Los resultados obtenidos al graficar el esfuerzo versus el desplazamiento horizontal nos permitirá obtener los esfuerzos máximos del suelo; una vez obtenido esto, realizamos la gráfica de esfuerzo versus la presión ha la que es sometido el suelo, y obtenemos la siguiente gráfica:

0 0.5 1 1.5 2 2.50

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Presión unitaria

Esfu

erzo

Le agregamos a la gráfica una línea de tendencia que nos permite observar que uno de los puntos tiene cierta dispersión, por tanto se aplicara la regresión lineal para poder corregir esta dispersión:

Y=bX+a

REGRESIÓN LINEAL

X Y X2 XY

0 0,79 0 0

0,5 0,808 0,25 0,404

1 0,942 1 0,942

2 1,088 4 2,176Σ= 3,5 2,838 5,25 3,522

Con esto obtenemos los valores a y b de la ecuación lineal, aplicando las ecuaciones correspondientes:

b=N (Σ XY )−(Σ X)(ΣY )

N (Σ X2 )−(Σ X )2a=ΣYN

−bΣ XN

Page 24: Trabajo Corte Directo

N= 3

b= 0,181

a= 0,735

Por tanto la ecuación que nos permitirá corregir la desviación es:

Y=0,181 X+0,735

Presión Esfuerzo0 0,735

0,5 0,8251 0,9162 1,097

0 0.5 1 1.5 2 2.50,000

0,001

0,002

Presión unitaria

Esfu

erzo

5. CONCLUISONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones:

El ensayo es relativamente rápido y fácil de llevar a cabo. Se ha encontrado que los parámetros de suelo y c obtenidos por el método de corte

directo son casi tan confiables como los valores triaxiales, por tanto son resultados que se pueden adoptar para diseñar de acuerdo al tipo de obra requerida.

Antes de corregir la desviación la cohesión del suelo es de 0.79 y el ángulo de fricción interna de 9.09°, una vez realizada la regresión lineal, el valor de la cohesión es de 0.74 y el ángulo de fricción interna de 7.45°.

5.2 Recomendaciones Se pueden necesitar seis muestras si el suelo está inalterado. Mantener las muestras en ambiente de humedad controlada mientras se hace el moldeo, la

preparación de la máquina de corte y los demás tipos de ensayo. La manivela de la máquina de corte directo debe manejarse a una velocidad constante todo

el tiempo que dure el ensayo.

Page 25: Trabajo Corte Directo

BIBLIOGRAFÍA

Norma ASTM D 3080 y AASHTO T 236

S. N., ENSAYO DE CORTE DIRECTO, disponible en: http://icc.ucv.cl:8080/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/cortedirecto.pdf

Tecnotest, ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN SUELOS, disponible en: http://www.tecnotest.it/f/sp/Prods/mecanica-del-suelo/ensayo-de-corte-directo-en-suelos

ANEXO FOTOGRÁFICO

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