TTULO

CORRESPONDENCIA

OBSERVACIONES

ANTECEDENTES

normaespaola

UNE 103401

Julio 1998

Determinacin de los parmetros resistentes al esfuerzocortante de una muestra de suelo en la caja de corte directo

Determination of the shear strenght of a soil with the direct shear box.

Determination du parametres de resistnace a la contrainte de cisaillement d'un sol dans la boite decisaillement direct.

Esta norma ha sido elaborada por el comit tcnico AEN/CTN 103 Geotecnia cuyaSecretara desempea MINISTERIO DE FOMENTO.

Editada e impresa por AENORDepsito legal: M 29325:1998

AENOR 1998Reproduccin prohibida

LAS OBSERVACIONES A ESTE DOCUMENTO HAN DE DIRIGIRSE A:

C Gnova, 6 Telfono 91 432 60 0028004 MADRID-Espaa Fax 91 310 40 32

33 Pginas

Grupo 17

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NDICE

Pgina

1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 NORMAS PARA CONSULTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3 MODALIDADES DE ENSAYO QUE CONTEMPLA ESTA NORMA . . . . . . . . . 4

4 APARATOS Y MATERIAL NECESARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.1 Aparato de corte directo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Balanza para determinaciones de masas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.3 Tallador de probetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.4 Material para realizar la compactacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.5 Aparatos y material necesario para la determinacin de la humedad,

segn la Norma UNE 103300 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.6 Aparatos y material necesario para la compactacin de probetas,

segn la Norma UNE 103500 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.7 Cmara hmeda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.8 Material auxiliar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

5 OPERACIONES Y MEDIDAS INICIALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6 PREPARACIN Y MONTAJE DE LAS PROBETAS PARA EL ENSAYO . . . . . . 86.1 Suelo cohesivo inalterado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86.2 Suelo cohesivo remoldeado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96.3 Suelos no cohesivos (arenosos) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

7 PROCEDIMIENTOS OPERATORIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137.1 Ensayo consolidado-drenado (CD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137.2 Ensayo consolidado-no drenado (CU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187.3 Ensayo no consolidado-no drenado (UU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197.4 Ensayos con varias pasadas. Resistencia residual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

8 OBTENCIN Y EXPRESIN DE LOS RESULTADOS.REPRESENTACIONES GRFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

8.1 Datos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218.2 Tensiones y desplazamientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228.3 Representaciones grficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

9 CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

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1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACINEsta norma tiene por objeto la determinacin de los parmetros resistentes, cohesin, c, y ngulo de rozamiento in-terno, , de una muestra de suelo sometida a esfuerzo cortante. Tambin se pueden obtener los parmetros de resis-tencia residual, cR y R.

Normalmente el ensayo se realiza sobre tres probetas de una misma muestra de suelo, sometida cada una de ellas auna presin normal diferente, obtenindose la relacin entre la tensin tangencial en la rotura y la tensin normalaplicada.

Esta norma se utiliza preferentemente en muestras de suelos con partculas de pequeo tamao, como arenas, limosy arcillas. No obstante, se puede extender a muestras de suelos con partculas de mayor tamao, como gravas, bo-los, etc., utilizando aparatos de dimensiones adecuadas.

2 NORMAS PARA CONSULTA

UNE 103300 Determinacin de la humedad de un suelo mediante secado en estufa.

UNE 103500 Geotecnia. Ensayo de compactacin. Proctor Normal.

3 MODALIDADES DE ENSAYO QUE CONTEMPLA ESTA NORMAPara determinar los parmetros resistentes, cohesin, c, y ngulo de rozamiento interno, , de una muestra de sue-lo, se utiliza un equipo de corte directo, en donde una probeta (obtenida de la muestra de suelo) de forma cilndricao prismtica cuadrangular que se encuentra restringida lateralmente por las paredes rgidas de una caja, se corta porun plano horizontal mientras se encuentra sometida a una presin normal a dicho plano.

Se pueden efectuar los siguientes tipos de ensayos:

Ensayo consolidado-drenado (CD). Se aplica la presin normal, permitiendo el drenaje del suelo hasta finalizarla consolidacin primaria. A continuacin se procede a la rotura de la probeta a una velocidad lo suficientementelenta como para que no se originen presiones intersticiales, permitiendo el libre drenaje del agua de los poros (esaplicable tanto a suelos cohesivos como granulares). De este ensayo se obtienen los parmetros resistentes efecti-vos, cohesin efectiva, c , y ngulo de rozamiento interno efectivo, .

Ensayo consolidado-no drenado (CU). Se aplica la presin normal, permitiendo el drenaje del suelo hasta fina-lizar la consolidacin primaria. A continuacin se procede a la rotura de la probeta a una velocidad lo suficiente-mente rpida para que no se produzca el drenaje (es aplicable a suelos cohesivos). De este ensayo se obtienen losparmetros resistentes, ccu y cu.

Ensayo no consolidado-no drenado (UU). La rotura se inicia nada ms aplicar la presin normal correspondien-te y a una velocidad lo suficientemente rpida para que no se produzca el drenaje (es aplicable a suelos cohesi-vos). De este ensayo se obtienen los parmetros resistentes, cu y u.

Ensayo con varias pasadas despus de la rotura. Se somete la probeta de suelo a varias pasadas una vez finali-zado el ensayo normal, para determinar as los parmetros resistentes residuales, cR y R.

4 APARATOS Y MATERIAL NECESARIO

Los aparatos y material que se necesitan son los siguientes:

4.1 Aparato de corte directo

El aparato de corte directo consta de las siguientes partes esenciales:

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4.1.1 Cajas de corte directo. Las cajas ms usuales de corte directo permiten ensayar probetas en forma deprisma cuadrangular de 60 mm de lado, o bien cilndricas de 50 mm de dimetro, y con una altura de unos25 mm1).

La caja de corte est dividida horizontalmente en dos mitades. La superior lleva solidario un dispositivo en formade yugo, denominado "cuello de cisne" en la figura 1. Dicha forma resulta adecuada para asegurar que el esfuerzohorizontal se ejerce en el mismo plano que el de corte inducido en la probeta. Este dispositivo debe incluir una pie-za de bloqueo, para unirle rgidamente al vstago del sistema de aplicacin del esfuerzo horizontal, a fin de poderdesplazar en ambos sentidos la mitad superior de la caja de corte. La mitad inferior termina en una placa base aca-nalada desmontable, que se apoya en unas muescas fijadas a la caja. Debe ser lo suficientemente rgida para resistircualquier deformacin con la mxima carga.

Las caras en contacto de ambas mitades deben disponer de un rebaje, de manera que se asegure que la superficie defriccin se reduce al mnimo.

La caja debe incluir dos tornillos pasadores para fijar las dos mitades, y dos tornillos separadores que permiten laseparacin de las dos mitades antes de la fase de rotura. Adems la mitad inferior suele llevar un par de asas parafacilitar su manipulacin. [Vase la figura 1 (a)].

La caja de corte se sita en el interior de un carro deslizante (vase la figura 1(c)), en el cual la parte inferior deaqulla queda rgidamente bloqueada.

4.1.2 Carro deslizante. En l se situa la caja de corte y permite sumergir en agua la probeta de suelo durante elensayo. El carro va colocado sobre unos cojinetes de baja friccin que permiten el movimiento en direccin longitu-dinal. En la figura 1 (c) se muestra un diagrama del carro deslizante y de la caja de corte dispuestos para el ensayo.4.1.3 Placas porosas. Se precisan dos placas porosas resistentes a la corrosin, con unas dimensiones de unos0,5 mm inferiores a las dimensiones interiores de la caja de corte. Su porosidad debe permitir el libre drenaje delagua durante el ensayo, evitando la intrusin de partculas de suelo en sus poros.

Deben ser lo suficientemente rgidas para soportar la carga vertical durante el ensayo, sin que se produzcan defor-maciones apreciables.

4.1.4 Placas ranuradas. Se precisan dos juegos de placas ranuradas, uno con orificios y otro sin ellos, que tenganigual seccin en planta que las placas porosas.

Dichas placas deben ser lo suficientemente rgidas para soportar la carga vertical durante el ensayo, sin que se pro-duzcan deformaciones apreciables.

4.1.5 Pistn de carga El pistn de carga debe tener la rigidez suficiente para transmitir a la probeta la carga verti-cal sin que se produzcan deformaciones apreciables. Sus dimensiones deben ser unos 0,5 mm inferiores a las di-mensiones interiores de la caja de corte, y debe disponer de un asiento central en forma de casquete esfrico, paraobtener as el efecto rtula.

Se debe situar el pistn de carga sobre la placa porosa.

En la figura 1 (b) se muestran los componentes de la caja de corte para probetas de secccin cuadrada.Todos estos componentes deben ser resistentes a la corrosin por reaccin electroqumica del acero.

1) Normalmente, en suelos compactados se utilizan las cajas de corte cuadradas, mientras que las circulares se suelen emplear con muestras inal-teradas.

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4.1.6 Yugo de aplicacin de cargas. Se precisa de un yugo contrapesado, de masa conocida, para la aplicacin ala probeta de una carga vertical, la cual se debe conocer con una precisin del 1%. Para valores elevados de la car-ga vertical, se debe disponer de un sistema de palanca contrapesado. Es conveniente adems que el yugo dispongade algn sistema de bloqueo para poder aplicar la carga vertical suavemente, sin impactos.

4.1.7 Sistema motorizado de aplicacin del esfuerzo horizontal. Un sistema motorizado con una gama de veloci-dades adecuadas, capaz de aplicar una fuerza horizontal a la probeta, de manera que la velocidad de desplazamientosea constante y apropiada al ensayo. Debe disponer del recorrido suficiente para aplicar a la probeta un desplaza-miento mnimo de 8 mm.

4.1.8 Medidor de fuerza. Un aparato medidor de fuerza, calibrado y montado apropiadamente. Su capacidad pue-de variar entre 2 kN y 10 kN. Se debe escoger el ms adecuado en funcin de la resistencia esperada.

El aparato medidor de fuerza puede ser, indistintamente, un anillo dinamomtrico o un transductor de fuerzas.

4.1.9 Medidor de desplazamiento horizontal. Un comparador o un transductor de desplazamiento, debidamentemontado, para medir el desplazamiento horizontal relativo entre las dos mitades de la caja de corte. Debe tener unaprecisin de 0,01 mm y un recorrido mnimo de 10 mm.

La forma ms usual de cuantificar el desplazamiento horizontal consiste en medir el desplazamiento relativo delcarro respecto a la bancada, descontando a continuacin de este valor la correspondiente deformacin del anillo di-namomtrico, en el caso de que se utilice ste.

El mtodo ms directo consiste en fijar el medidor de desplazamiento sobre el extremo del aparato de medida defuerzas horizontales, con la punta del palpador apoyada en el carro.

4.1.10 Medidor de desplazamiento vertical. Un comparador o un transductor de desplazamiento, para medir ladeformacin vertical de la probeta de suelo durante el ensayo, con una precisin de 0,01 mm.

4.2 Balanza para determinaciones de masas

Una balanza de precisin 0,01 g.

4.3 Tallador de probetas

Un tallador metlico, resistente a la corrosin, de forma cuadrada o circular, de iguales dimensiones internas quelas de la probeta, y de la misma altura que la mitad superior de la caja de corte. Debe tener un borde biselado cor-tante y sus paredes interiores disponer de un rebaje, similar al que tienen los dispositivos de toma de muestras inal-teradas.

4.4 Material para realizar la compactacin:

Una maza de compactacin tipo Army, de 0,5 kg de masa, altura de cada de 200 mm y base de golpeo cuadra-da de 21 mm de lado.

Una base de compactacin, rgida, con los elementos adecuados para fijar sobre ella la mitad superior de la cajade corte.

Un collarn con forma adecuada, para suplementar la caja de corte y facilitar as el proceso de compactacin. Una pieza prismtica, de base cuadrada, de lado inferior en 0,5 mm a las dimensiones internas de la caja de cor-

te, para compactacin en forma esttica. Puede llevar una marca a una altura igual a la de la placa porosa supe-rior ms la placa ranurada, o un tope a esta misma altura.

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Los instrumentos necesarios para el enrase del suelo en el tallador, tales como, cuchillos, sierras de hilo, esp-tulas de diferentes hojas, etc.

Una pieza para enrasar la superficie de la probeta cuando sta se prepare dentro de la caja de corte, para queconsiga as un nivel determinado en suelos no cohesivos.

4.5 Aparatos y material necesario para la determinacin de la humedad, segn la norma UNE 103300

4.6 Aparatos y material necesario para la compactacin de probetas, segn la norma UNE 103500

4.7 Cmara hmeda

Una cmara hmeda, que disponga de un sistema adecuado para regular la temperatura a 20 C 3 C y la hume-dad relativa a 95% 3%.

4.8 Material auxiliar

Como material auxiliar se precisa:

Bandejas para contener el tallador o la caja de corte durante el tallado. Grasa de silicona.

Cronmetro de precisin 1 s.

Calibre de precisin 0,1 mm.

5 OPERACIONES Y MEDIDAS INICIALES

Previamente al comienzo del ensayo es necesario la realizacin de las siguientes operaciones:

Comprobacin de que los componentes de la caja de corte estn limpios y secos. Montaje de las dos mitades de la caja de corte, asegurndolas mediante los tornillos pasadores. Se debe colocar

la placa base acanalada dentro de la caja.Peridicamente se deben efectuar las siguientes medidas:

Masa de la mitad superior de la caja de corte, mc, con una precisin de 0,01 g. Masa del tallador, mt, con una precisin de 0,01 g.

Altura del tallador, ht, con una precisin de 0,1 mm.

Altura de la mitad superior de la caja de corte, hc, con una precisin de 0,1 mm. Dimensiones interiores, L1 y L2, de la caja cuadrada de corte, o el dimetro, D, de la caja circular de corte, con

una precisin de 0,1 mm.

rea inicial de la probeta, A, en mm2.

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Profundidad media, h1, desde el borde superior de la caja de corte hasta la placa base acanalada, con una preci-sin de 0,1 mm.

Espesores de cada placa porosa, y de cada placa ranurada que se vayan a utilizar en el ensayo, con una precisinde 0,1 mm. Se calcula el espesor total de las placas usadas en el ensayo, ht, con una precisin de 0,1 mm.

6 PREPARACIN Y MONTAJE DE LAS PROBETAS PARA EL ENSAYOEl procedimiento de preparacin de la probeta depende del tipo de suelo, pudindose ensayar tanto suelos cohesivos(arcillosos), como no cohesivos (arenosos).

Durante la preparacin y tallado de la probeta se deben evitar en lo posible las prdidas de humedad, realizandoestas operaciones en cmara hmeda si fuese necesario.

Normalmente se preparan tres probetas similares, a partir de una muestra de suelo, para realizar tres ensayos, enlos que se somete a cada probeta a una presin normal diferente.

En el caso de las cajas de corte descritas en el apartado 4.1.1, el tamao mximo de la partcula de suelo no debeser superior a la dcima parte de la altura de la probeta.

6.1 Suelo cohesivo inalterado

Tanto si la muestra viene en un tubo tomamuestra, como si viene en bloque se debe separar, en una porcin demuestra, la cantidad de suelo necesario para la preparacin de una probeta, con la precaucin de que sus dimensio-nes excedan en 2 3 cm a las finales de sta. El resto del material se debe guardar en condiciones adecuadas paraevitar prdidas de humedad.

NOTA En suelos muy compresibles es necesario tomar mayor cantidad en la direccin que corresponda a la altura de la probeta, para asegu-rar que, una vez consolidada, el plano de corte quede aproximadamente a media altura de sta.

Se alisa una de las bases de la porcin de muestra tomada y se coloca sobre una superficie horizontal. Se va intro-duciendo el tallador en dicha porcin de muestra al mismo tiempo que se tallan las superficies laterales, mantenin-dolo en todo momento horizontal. Cuando sobresalga material por ambos extremos del tallador se procede a elimi-narlo mediante sierras de alambre, cuchillos u otros elementos cortantes, enrasando finalmente ambas caras. Se re-llena con material sobrante las posibles oquedades que aparezcan en esta operacin, evitando un suavizado final deambas caras.

Del suelo sobrante durante el proceso de tallado, se toma una pequea cantidad para determinar la humedad inicial,siguiendo el procedimiento operatorio indicado en la norma UNE 103300.

Se determina la masa del tallador ms el suelo, con una precisin de 0,01 g y se calcula la masa hmeda inicial,mhi, de la probeta, por diferencia entre ste valor y la masa del tallador, mt.

Este mismo proceso se puede efectuar utilizando, en lugar del tallador, la mitad superior de la caja de corte. En talcaso, una vez enrasadas ambas caras, se determina la masa de la parte superior de la caja de corte ms el suelo,con una precisin de 0,01 g y se calcula la masa hmeda inicial de la probeta, mhi, por diferencia entre este valor yla masa de la mencionada mitad de la caja, mc. Se prepara la mitad inferior de la caja de corte con la placa base, una placa ranurada con orificios, dispuesta con laparte lisa hacia arriba y una placa porosa. Sobre dicha mitad se fija, mediante los tornillos pasantes, la mitad supe-rior.

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Si se ha utilizado el tallador, se coloca ste sobre la caja de corte, perfectamente alineado y con sus bordes cortan-tes hacia arriba. Se empuja sobre la probeta, introducindola en la caja de corte hasta que descanse sobre la placaporosa inferior.

Si la probeta se ha preparado sobre la mitad superior de la caja de corte, basta con empujarla hasta que descanse,como en el caso anterior, sobre la placa porosa inferior.

Por ltimo, se coloca una placa porosa sobre la probeta, ejerciendo sobre ella una pequea presin con objeto deasegurar un buen contacto. Se mide la distancia, h2, desde el borde superior de la caja de corte hasta la superficiede dicha placa con precisin de 0,1 mm. Sobre sta se disponen la placa ranurada1) y el pistn de carga.

6.2 Suelo cohesivo remoldeado

El suelo recibido en el laboratorio se prepara de la siguiente manera. Se desmenuza y se seca al aire o en estufa amenos de 60 C, retirando cualquier partcula de tamao superior al maximo permitido de 1/10 de la altura de laprobeta. Si se seca al aire se debe determinar la humedad higroscpica.

La probeta de suelo se puede preparar con una densidad seca determinada, o compactndola aplicando una energadeterminada.

6.2.1 Con densidad seca determinada. Del suelo preparado en el apartado 6.2, se toma la cantidad necesaria paraconseguir la densidad seca deseada, y se anota su masa, mdi, con una precisin de 0,01 g. Se aade la cantidad deagua necesaria para conseguir la humedad requerida, mezclando ntimamente para homogeneizar la humedad. Encaso de suelos muy plsticos, se debe dejar en cmara hmeda durante unas 24 horas, al objeto de lograr una buenahomogeneizacin.

El suelo as preparado, se vierte en la caja de corte montada con la placa base, la placa ranurada con la cara lisahacia arriba y una placa porosa. Se coloca la caja de corte sobre una prensa. Se situa sobre el suelo la piezaprismtica descrita en el apartado 4.4. Actuando manualmente o con una pequea velocidad, se lleva el plato de laprensa hasta conseguir el contacto con la pieza prismtica.

Manteniendo una velocidad baja, se va introduciendo dicha pieza en la caja de corte, bien hasta que haga tope ohasta que la marca quede enrasada con el borde superior de la caja, segn sea la pieza.Se para la prensa y se invierte el sentido de la marcha. Se retira la pieza prismtica, se coloca una placa porosasobre la probeta y se ejerce sobre ella una pequea presin con objeto de asegurar un buen contacto. Se mide ladistancia, h2, desde el borde superior de la caja de corte hasta la superficie de dicha placa con una precisin de0,1 mm. Sobre sta, se disponen la placa ranurada y el pistn de carga.

6.2.2 Compactacin dinmica a una energa determinada. El procedimiento que se describe a continuacin utili-za la energa del ensayo Proctor normal de 0,583 J/cm3, ya que es la ms usual. No obstante se puede utilizar cual-quier otra, dependiendo de las peculiaridades de cada caso.

Normalmente se siguen dos procedimientos:

Se compacta el suelo para obtener una probeta, con el equipo del ensayo Proctor normal, segn el procedimientodescrito en la norma UNE 103500 y de sta se tallan tres probetas de suelo para efectuar el ensayo de corte.

Se compacta directamente cada probeta en la mitad superior de la caja de corte.

1) La placa ranurada no es necesaria. Su utilizacin se deja a criterio del operador.

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6.2.2.1 Compactacin en el molde Proctor normal. Del suelo preparado en el apartado 6.2, se toma la cantidadnecesaria para llenar un molde Proctor normal. Se determina la masa de suelo utilizado y se aade la cantidad deagua necesaria para conseguir la humedad deseada. Se amasa perfectamente con objeto de homogeneizar la mezcla.Se compacta mediante la maza del ensayo Proctor normal, siguiendo el procedimiento operatorio descrito en laNorma UNE 103500. Si se quiere compactar con otra energa diferente a la de ese ensayo, se debe modificar elnmero de golpes, la masa de la maza, etc., en la forma apropiada para este propsito. En cada caso se debe hacerconstar en el informe la energa utilizada.

Una vez finalizada la compactacin, se extrae el suelo compactado del molde y se sella para evitar cualquier pr-dida de humedad. Hasta el momento de tallado se debe guardar en cmara hmeda.

Para la preparacin y tallado de las probetas se sigue el procedimiento descrito en el apartado 6.1.

Debido al proceso de compactacin utilizado, se pueden dar ligeras diferencias de densidad a lo largo de la alturade la probeta. Se debe evitar que la superficie de corte del ensayo coincida con la de separacin entre capas.

6.2.2.2 Compactacin directa sobre la mitad superior de la caja. Del suelo preparado en el apartado 6.2, setoma la cantidad precisa para obtener una probeta y se aade la cantidad de agua necesaria para alcanzar la hume-dad requerida. Se amasa perfectamente para homogeneizar la humedad. En suelos muy plsticos, se debe guardar lamezcla debidamente sellada en cmara hmeda.

Se coloca la base de compactacin descrita en el apartado 4.4, sobre un soporte de rigidez conveniente y sobre ellala mitad superior de la caja de corte cuadrada de 60 mm x 60 mm, que debe llevar incorporado el collarn descritoen el apartado 4.4, fijando todo el conjunto a la base mediante los dos tornillos pasadores.Se compacta el suelo, mediante la maza tipo Army de 0,5 kg, distribuido en tres capas aproximadamente del mismoespesor, aplicando 18 golpes en cada capa, con un reparto uniforme. Mediante esta compactacin se ha aplicadoaproximadamente la energa del ensayo Proctor normal de 0,583 J/cm3. Se puede aplicar otra energa, modificandopara ello el nmero de golpes, la altura de cada, etc., de forma apropiada.

Se desmonta y se enrasa la cara superior. Se toma una pequea cantidad del suelo sobrante para determinar la hu-medad y se halla la masa del suelo hmedo ms la mitad superior de la caja de corte, para hallar la masa hmedainicial de la probeta, mhi.

Se colocan la placa base acanalada, la placa ranurada y una placa porosa en la mitad inferior de la caja de corte.Sobre sta se monta la mitad superior de la caja, fijando ambas con los tornillos pasantes, y se introduce la probetahasta que descanse sobre la placa porosa.

Se sita sobre la probeta otra placa porosa y se mide la distancia, h2, en mm, entre el borde superior de la caja decorte y la superficie de dicha placa con una precisin de 0,1 mm.

Se colocan la placa ranurada y el pistn de carga sobre la placa porosa.

6.3 Suelos no cohesivos (arenosos)El procedimiento de preparacin depende de que el suelo est seco y se pueda verter directamente, que est hmedoy se tenga que compactar, o que est saturado.

6.3.1 Arena seca floja. La muestra de suelo recibida en el laboratorio se desmenuza y se deseca en estufa a me-nos de 60 C hasta masa constante, retirando cualquier partcula de tamao superior al mximo permitido de 1/10de la altura de la probeta.

Se deja enfriar en un desecador, se toma la cantidad suficiente para preparar una probeta y se determina su masacon una precisin de 0,01 g.

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Se sita, dentro de una bandeja, la caja de corte montada con la placa base acanalada y una placa ranurada sin ori-ficios, con las ranuras dispuestas hacia arriba y el sentido de stas perpendicular a la direccin de corte.

Se vierte la arena dentro de la caja de corte hasta llenarla, procurando que caiga desde una pequea altura, para ev-itar que se compacte.

Se enrasa la superficie de la arena hasta que se consiga una altura determinada, retirando el material que fuera ne-cesario para lograr esto.

Se recoge todo este material y se determina su masa con una precisin de 0,01 g para calcular, por diferencias, lamasa seca inicial de la probeta, mdi.NOTA Si se desea conseguir una densidad seca determinada se deben repetir las operaciones anteriores hasta que se consiga.

Se coloca la placa ranurada sin orificios, con las ranuras hacia abajo, es decir, en contacto con la probeta de sueloy con la direccin de stas perpendicular a la de corte, procurando dentro de lo posible que dicha placa quede hori-zontal.

Se mide la distancia, h3, desde el borde de la parte superior de la caja de corte hasta la superficie de la placa ranu-rada, con precisin de 0,1 mm.

Se coloca cuidadosamente sobre aqulla el pistn de carga, evitando cualquier movimiento.

6.3.2 Arena seca compacta. La muestra de suelo recibida en laboratorio se desmenuza si fuese necesario y sedeseca en estufa a menos de 60 C hasta masa constante, retirando cualquier partcula de tamao superior al mxi-mo permitido de 1/10 de la altura de la probeta.

Se deja enfriar en un desecador y se toma la cantidad de suelo suficiente para preparar una probeta y se determinasu masa con una precisin de 0,01 g.

Sobre una superficie rgida se sita una bandeja, dentro de sta la caja de corte montada con la placa base acana-lada y una placa ranurada sin orificios, con las ranuras hacia arriba y el sentido de stas perpendicular a la direc-cin de corte.Se vierte la arena dentro de la caja de corte (una cantidad determinada si se desea conseguir una cierta densidadseca), y se aplica con la maza Army un determinado esfuerzo de compactacin, hasta alcanzar la densidad deseada.Se pueden utilizar otros mtodos de compactacin alternativa, como vibracin, compactacin esttica o dejando caerla arena lentamente desde unos 400 mm.

Se enrasa la superficie de la arena hasta que se consiga una altura determinada, retirando el material que fuera ne-cesario para lograr esto.

Se recoge todo este material y se determina su masa con una precisin de 0,01 g, para calcular, por diferencias, lamasa seca inicial de la probeta, mdi.

Se coloca la placa ranurada sin orificios, con las ranuras hacia abajo, en contacto con la probeta de suelo y su di-reccin perpendicular a la de corte, procurando dentro de lo posible que la dicha placa quede horizontal.

Se mide la distancia, h3, desde el borde superior de la caja de corte hasta la superficie de la placa ranurada, conprecisin de 0,1 mm.

Se coloca cuidadosamente sobre aqulla el pistn de carga, evitando cualquier movimiento.

6.3.3 Arena saturada. La muestra de suelo recibida en laboratorio se desmenuza si fuese necesario y se deseca enestufa a menos de 60 C hasta masa constante, retirando cualquier partcula de tamao superior al mximo permiti-do de 1/10 de la altura de la probeta.

Se deja enfriar en un desecador y se toma la cantidad de suelo suficiente para preparar una probeta y se determinasu masa con una precisin de 0,01 g.

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Se coloca dicha masa de suelo en un recipiente con agua y se hierve durante 10 min.

Despus se deja enfriar hasta alcanzar la temperatura de equilibrio. Alternativamente se puede saturar el suelo so-metindole a vaco.

Se monta la caja de corte con la placa base acanalada, placa porosa y placa ranurada con orificios, con las ranurashacia arriba y la direccin de stas perpendicular a la de corte.

Se sita dicha caja en el carro deslizante y se llena con agua hasta un nivel que coincida aproximadamente con elde la altura final de la probeta de suelo.

Se vierte la arena saturada dentro de la caja de corte y se compacta por vibracin. Se nivela la superficie de la arena, se coloca la placa ranurada con orificios, con las ranuras hacia abajo, en contac-to con la probeta de suelo y la direccin de stas perpendicular a la de corte. Se empuja hacia abajo sobre dichaplaca de modo que las ranuras se introduzcan en la probeta, procurando dentro de lo posible que el conjunto quedehorizontal.

Se mide la distancia, h3, desde el borde superior de la caja de corte hasta la superficie de la placa ranurada, conuna precisin de 0,1 mm.

Se coloca sobre el conjunto una placa porosa y el pistn de carga.Se recoge toda la arena sobrante, se deseca en estufa a menos de 60 C hasta masa constante, se deja enfriar en undesecador y se determina su masa con una precisin de 0,01 g, para calcular, por diferencia, la masa seca inicial dela probeta, mdi.

6.3.4 Arena parcialmente saturada. La muestra de suelo recibida en laboratorio se desmenuza si fuese necesarioy se deseca en estufa a menos de 60 C hasta masa constante, retirando cualquier partcula de tamao superior almximo permitido de 1/10 de la altura de la probeta.

Se deja enfriar en un desecador y se toma la cantidad de suelo suficiente para preparar una probeta y se determinasu masa con una precisin de 0,01 g.

Mediante clculo se determina la cantidad de agua necesaria para conseguir la humedad deseada. Se aade al suelo yse mezcla perfectamente para homogeneizar la humedad. Se toma una pequea cantidad para verificar la humedad.

Se coloca la caja de corte sobre una superficie rgida, montada con la placa base acanalada, la placa porosa y laplaca ranurada con orificios con las ranuras hacia arriba y la direccin de stas perpendicular a la de corte. Se pro-cede a la compactacin con la maza Army, siguiendo el mtodo ya descrito para la arena seca compactada.

Se iguala la superficie de la probeta de suelo con el enrasador.

Se recoge toda la arena sobrante, se deseca en estufa a menos de 60 C hasta masa constante, se deja enfriar en undesecador y se determina su masa con una precisin de 0,01 g, para calcular, por diferencia, la masa seca inicial dela probeta, mdi.

Se coloca la placa ranurada con orificios sobre la probeta de suelo, con las ranuras en contacto con ste y la direc-cin de aqullas perpendicular a la de corte. Se empuja la placa ranurada hacia abajo para que encaje perfectamen-te, procurando dentro de lo posible que el conjunto quede horizontal.Se mide la distancia, h3, desde el borde superior de la caja de corte hasta la superficie de la placa ranurada, conuna precisin de 0,1 mm.

Se colocan sobre el conjunto una placa porosa y el pistn de carga.

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7 PROCEDIMIENTOS OPERATORIOS

A continuacin se especifican los procedimientos operatorios en funcin de cada tipo de ensayo:

7.1 Ensayo consolidado-drenado (CD)

7.1.1 Ajustes iniciales. Se coloca el carro de deslizamiento con la caja perfectamente ensamblada sobre los cojine-tes, centrando stos bajo el carro.Si fuese necesario se aproxima la caja de corte hasta que haga contacto con el pistn de empuje del motor, actuandopara ello manualmente sobre ste. Ajustar seguidamente el aparato medidor de fuerza horizontal, para que exista unbuen contacto entre el extremo del yugo en forma de cuello de cisne de la caja de corte y el extremo del aparato demedida de fuerzas horizontales.

Se debe verificar que el pistn de empuje del motor tiene un recorrido mnimo de 12 mm en el sentido de avance.Situar el medidor de desplazamiento en posicin, fijndolo y ponindolo a cero. Comprobar que dicho medidor dedesplazamiento tiene recorrido suficiente. Poner a cero el medidor de fuerzas.

Comprobar que el pistn de carga vertical est perfectamente centrado, y medir la altura, h4, desde la parte supe-rior del pistn de carga hasta la caja de corte, con una precisin de 0,1 mm.Acto seguido, se ensambla el yugo de aplicacin de la fuerza vertical, hacindole descansar sobre el asiento centralen forma de casquete esfrico del pistn de carga. Se debe comprobar que en esta operacin no se ha desplazadodicho pistn, centrndole si fuese necesario.

Se mide la altura, h5, desde el borde superior del pistn de carga hasta la superficie de la caja de corte, con unaprecisin de 0,1 mm. La diferencia h4 - h5 es el asiento producido en la probeta, debido al yugo.

Se fija el medidor de deformaciones verticales debidamente centrado, comprobando que tiene suficiente recorrido enlos dos sentidos. Se pone a cero o se anota la lectura inicial.

7.1.2 Consolidacin. Determinacin de la velocidad de rotura

7.1.2.1 Consolidacin. Normalmente las arenas secas y las arenas saturadas consolidan rpidamente; en estos ca-sos no son necesarias las lecturas de consolidacin para determinar la velocidad de corte apropiada. Sin embargo,en los suelos cohesivos se deben tomar las lecturas de la deformacin vertical durante la consolidacin.

Una vez finalizadas las operaciones descritas en el apartado anterior, se colocan, suave y lo ms rpidamente posi-ble, las pesas necesarias en el colgadero del yugo de las fuerzas verticales para conseguir la tensin vertical desea-da, n, en kPa. Esta tensin debe ser fijada por el tcnico responsable. A continuacin se pone en marcha el cron-metro.

NOTA Cuando la tensin vertical a aplicar es muy alta, es aconsejable empezar con una intermedia antes de llegar a la carga definitiva.

Se llena tan pronto como sea posible el carro deslizante con agua destilada hasta el nivel superior de la probeta y semantiene as durante todo el ensayo, teniendo especial cuidado de evitar las prdidas de agua por evaporacin o porcualquier otra causa. Si se ensayan suelos secos o semisaturados, esta operacin de llenado de agua del carro no serealiza.

7.1.2.2 Determinacin de la velocidad de rotura. Para determinar la velocidad de rotura que hay que aplicar, sepuede seguir uno de los tres procedimientos que se indican a continuacin:

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7.1.2.2.1 Mtodo logartmico o de Casagrande. Nada ms poner en marcha el cronmetro, segn se especificaen el apartado 7.1.2.1, se toman lecturas de la deformacin vertical y del tiempo transcurrido a unos intervalos quepermitan representar en un grfico, la deformacin vertical en ordenadas y el logaritmo del tiempo transcurrido enabscisas. [Vase la figura 2(a)]. Se continan tomando lecturas hasta que finalice la consolidacin primaria. En lamayora de los suelos suele ser suficiente con 24 h.

Para obtener la lectura terica de la deformacin vertical, L0, en el instante t = o, siempre que la parte inicial de lacurva sea parablica, se seleccionan en abscisas, como se indica en la figura 2(a), dos tiempos que estn en la rela-cin de 1 a 4, por ejemplo 1 min y 4 min en dicha figura. Por dichos puntos se levantan las correspondientes orde-nadas hasta que corten a la curva de consolidacin. La diferencia de las ordenadas de estos dos puntos de intersec-cin se aade a la ordenada del primero. La paralela al eje de abscisas por este nuevo punto corta al eje de ordena-das en L0. La diferencia entre la primera lectura, Li, y la corregida, L0, corresponde al asiento inicial. En la figura2(a) estas dos lecturas coinciden, lo que equivale a que el asiento inicial es nulo, aunque en general esto no ocurre.

La lectura corregida correspondiente al 100% de consolidacin primaria, L100, es la ordenada del punto de intersec-cin entre la prolongacin de la parte final de la curva, normalmente recta, y la tangente en el punto de inflexin.

La lectura correspondiente al 50% de la consolidacin primaria, L50, es:

El tiempo correspondiente al 50% de la consolidacin primaria, t50, se halla directamente sobre el grfico, trazandodesde L50 una recta horizontal hasta que corte a la curva. Desde ese punto se traza una vertical; el punto de cortecon el eje de abscisas es t50.El coeficiente de consolidacin, Cv, para el incremento de carga aplicada, y para el 50% de la consolidacin prima-ria, se determina mediante la expresin:

donde

H es el mximo camino de drenaje en el 50% de la consolidacin primaria, es decir, la mitad de la altura de laprobeta en el instante t50.

El tiempo necesario para alcanzar la mxima resistencia al corte, tf, se determina mediante la siguiente expresin:

donde

Uf es el grado de disipacin de presiones intersticiales en tanto por uno, cuyo valor ms usual es 0,95.

En este momento se debe estimar para qu desplazamiento horizontal, df, se alcanza la resistencia de corte mxima.La decisin la debe tomar el tcnico responsable1).

1) En ocasiones esta estimacin del desplazamiento, df, puede ser erronea por exceso o por defecto. En el primer caso se podran generar presio-nes intersticiales en el plano de corte que alteraran los valores de las tensiones efectivas medidas; en tal caso ese primer ensayo se puede to-mar como dato orientativo para seleccionar otro valor de df ms adecuado. En el segundo caso se estara por el lado de la seguridad.

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NOTA A ttulo orientativo, se muestra la siguiente tabla para cajas de corte cuadradas de 60 mm de lado, en donde se relaciona el tipo desuelo ensayado con el desplazamiento de la caja para alcanzar la mxima resistencia.

Tipo de suelo Desplazamiento de la caja para alcanzarla mxima resistencia(mm)

Arena flojaArena compactaArcilla plsticaArcilla duraArcilla muy dura

5 a 82 a 5

82 a 51 a 2

Finalmente, para obtener la mxima velocidad de desplazamiento horizontal, Vmx., en mm/min, se aplica la siguien-te frmula:

Vase el modelo de impreso para expresin de resultados que se muestra en la figura 3.

7.1.2.2.2 Mtodo de Taylor o de la raz cuadrada del tiempo. Nada ms poner en marcha el cronmetro, segnse especifica en el apartado 7.1.2.1, se toman lecturas de la deformacin vertical y del tiempo transcurrido, a unosintervalos que permita representar en un grfico, la deformacin vertical en ordenadas y la raz cuadrada del tiempoen minutos, en abscisas. [Vase la figura 2 (b)]. Se continan tomando lecturas hasta que finalice la consolidacinprimaria. En la mayora de los suelos suele ser suficiente 24 h.

En este tipo de representacin la parte inicial de la curva de consolidacin es prcticamente una lnea recta, cuyaprolongacin corta al eje de ordenadas en el punto que corresponde al cero corregido, L0. Se elige un puntocualquiera de esta recta, por ejemplo M en la figura 2(b) y por l se traza la paralela al eje de abscisas. El valor dela abscisa del punto se multiplica por 1,15 y el resultado es un nuevo punto N, sobre la recta anterior, que unidocon L0 proporciona otra recta. Su interseccin con la curva de consolidacin determina un punto cuya abscisa es t90y cuya ordenada es L90. [Vase la figura 2(b)].

La lectura corregida correspondiente al 100% de la consolidacin primaria, L100, se calcula mediante la siguienteexpresin:

La lectura correspondiente al 50% de la consolidacin primaria, L50, es:

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El coeficiente de consolidacin, Cv, para el incremento de carga aplicada, y para el 90% de la consolidacin prima-ria, se determina mediante la expresin:

donde

H es el mximo camino de drenaje en el 90% de la consolidacin primaria, es decir, la mitad de la altura de laprobeta en el instante t90, y se determina mediante la expresin:

donde

H0 es la altura inicial de la probeta en el instante inicial de la aplicacin de la carga de consolidacin.

El tiempo necesario para alcanzar la mxima resistencia al corte, tf, se determina mediante la siguiente expresin:

donde

Uf es el grado de disipacin de presiones intersticiales en tanto por uno, cuyo valor ms usual es 0,95.

En este momento se debe estimar para qu desplazamiento horizontal, df, se alcanza la resistencia de corte mxima.La decisin la debe tomar el tcnico responsable. (Vase nota del apartado 7.1.2.2.1).

Finalmente, para obtener la mxima velocidad de desplazamiento horizontal, Vmx, en mm/min, se aplica lasiguiente frmula:

Vase el modelo de impreso para expresin de resultados que se muestra en la figura 4.

7.1.2.2.3 Mtodo directo. Como continuacin del mtodo de Taylor se obtiene el valor de t100 trazando una para-lela al eje de abscisas por el punto correspondiente a L100, hasta que corte a la curva de asiento. La abscisa de estepunto corresponde a t100. [Vase la figura 2 (b)].

A partir de t100 se obtiene el tiempo final, tf, mediante la expresin:

tf = 12,7 t100

En este momento se debe estimar para qu desplazamiento horizontal, df, se alcanza la resistencia de corte mxima.La decisin la debe tomar el tcnico responsable. (Vase nota del apartado 7.1.2.2.1).

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Finalmente, para obtener la mxima velocidad de desplazamiento horizontal, Vmx., en mm/min, se aplica la si-guiente frmula:

Vase el modelo de impreso para expresin de resultados que se muestra en la figura 4.

7.1.3 Ajustes antes de la rotura. Antes de realizar la rotura de la probeta hay que elegir la velocidad de desplaza-miento horizontal. En suelos arenosos, en los que la consolidacin ocurre casi instantneamente, la velocidad dedesplazamiento se elige de tal manera que la rotura dure entre 5 min y 10 min. En suelos cohesivos, la velocidadde desplazamiento no debe sobrepasar la Vmx. calculada por cualquiera de los tres mtodos anteriores.

NOTA La velocidad de desplazamiento dada por los constructores es la velocidad sin carga. Bajo carga, la velocidad puede ser inferior aaqulla. Adems, hay que tener en cuenta la deformacin del anillo dinamomtrico, si se usa, y del resto de componentes horizonta-les. Por tanto, para conocer el movimiento relativo entre las dos mitades de la caja de corte, se deben hacer las correcciones oportu-nas. (Vase apartado 4.1.9).

Se debe comprobar que todos los componentes horizontales estn en contacto, pero sin carga horizontal.

Se retiran los dos tornillos pasadores que fijan las dos mitades de la caja de corte. Acto seguido se introducen losdos tornillos separadores girndolos hasta que hagan contacto con la mitad inferior de la caja de corte. Se giransimultneamente ambos tornillos media vuelta para que se produzca la separacin de las dos mitades de dicha caja.A continuacin se giran unas vueltas, en sentido contrario al anterior, para separarlos de la mitad inferior de la cajade corte.Con estas operaciones se pretende evitar el contacto de ambas mitades en el ensayo y la inclusin de sueloentre ellas. En suelos cohesivos, media vuelta es suficiente; en suelos arenosos, algo ms, pero sin sobrepasar unmilmetro.

Se anotan las lecturas iniciales de la deformacin vertical, deformacin horizontal y fuerza horizontal.

7.1.4 Rotura de la probeta. Se ponen en marcha el motor con la velocidad seleccionada y el cronmetro. Se to-man lecturas del tiempo transcurrido, de la deformacin vertical, de la deformacin horizontal y de la fuerza hori-zontal, a intervalos regulares del desplazamiento horizontal que permitan, al menos, 25 lecturas en el ensayo. Unalectura cada 0,1 mm de desplazamiento horizontal puede ser apropiada para la mayora de los suelos. En aqullosen los que se pueda producir una rotura frgil, como en las arenas muy densas, las lecturas se deben tomar porintervalos de fuerza horizontal o del tiempo, para poder fijar la resistencia mxima.Se contina el ensayo hasta que se sobrepase en varias lecturas la fuerza mxima o hasta el mximo recorrido quepermita el aparato si no hay un pico definido. Despus se para el motor.

Actuando manualmente o con el motor se llevan ambas mitades de la caja de corte a su posicin inicial, si lo per-mite el diseo del aparato.

Si el ensayo se realiza con la probeta inundada de agua, se extrae sta y se deja que drene unos 10 min.Se retiran las pesas del colgadero y el yugo de fuerzas verticales.

Se desmonta la caja de corte y se recoge todo el suelo de la probeta en una bandeja.Se determina la masa hmeda final de la probeta, mhf, con una precisin de 0,01 g. Se deseca en estufa a una tem-peratura inferior a 60 C hasta masa constante y se determinan la masa seca final de la probeta, mdf, con una preci-sin de 0,01 g, y la humedad final, wf, en %.

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7.2 Ensayo consolidado-no drenado (CU)

Este ensayo se realiza nicamente en suelos cohesivos arcillosos, pues la fase de rotura se realiza en condiciones nodrenadas.

7.2.1 Ajustes iniciales. Se sigue el procedimiento indicado en el apartado 7.1.1.

7.2.2 Consolidacin. Se colocan, suave y tan rpidamente como sea posible, las pesas necesarias en el colgaderodel yugo de fuerzas verticales para conseguir la tensin vertical deseada, n, en kPa. Esta tensin debe ser fijadapor el tcnico responsable. Despus, se anota la hora inicial de esta fase y se pone en marcha el cronmetro.

Se llena, tan pronto como sea posible, el carro deslizante con agua hasta el nivel superior de la probeta y semantiene as durante todo el ensayo.

En este caso no se toman lecturas de la deformacin vertical con el tiempo, pues la rotura se realiza en condicionesno drenadas. Se prosigue la consolidacin hasta el final de la consolidacin primaria. Normalmente son suficientes24 horas en la mayora de los suelos cohesivos.

Finalizada la consolidacin, se toma la lectura del medidor de deformaciones verticales.

7.2.3 Ajustes antes de la rotura. Antes de la rotura de la probeta se debe elegir la velocidad de desplazamientohorizontal. Esta tiene que ser lo suficientemente rpida para que la rotura se produzca sin permitir el drenaje delagua de los poros. Una velocidad entre 0,5 mm/min y 1,5 mm/min puede ser apropiada. (Vase nota del apartado7.1.3).

Se debe comprobar que todas las componentes horizontales estn en contacto pero sin carga y que los dos tornillospasadores que fijan las dos mitades de la caja de corte han sido retirados.Se separan las dos mitades de la caja de corte, actuando sobre los dos tornillos separadores al mismo tiempo. Me-dia vuelta es suficiente.

Se anotan las lecturas iniciales de los medidores de desplazamientos y del de fuerzas.

7.2.4 Rotura de la probeta. Se ponen en marcha el motor con la velocidad seleccionada y el cronmetro. Se to-man lecturas del tiempo transcurrido, de la deformacin vertical, de la deformacin horizontal y de la fuerza hori-zontal, a intervalos regulares del desplazamiento horizontal, que permitan al menos 25 lecturas en el ensayo. Unalectura cada 0,1 mm de desplazamiento horizontal puede ser apropiada para la mayora de los suelos. Si interesafijar la resistencia mxima, las lecturas se deben tomar por intervalos apropiados de la fuerza horizontal.Se contina el ensayo hasta que se sobrepase en varias lecturas la fuerza mxima o hasta el mximo recorrido quepermita el aparato si no hay un pico definido. Despus, se para el motor.

Actuando manualmente o con el motor se llevan ambas mitades de la caja de corte a su posicin inicial.Se retiran las pesas del colgadero y el yugo de fuerzas verticales.

Se extrae el agua que rodea a la probeta, se desmonta la caja de corte y se recoge todo el suelo de la probeta enuna bandeja.Se determina la masa hmeda final de la probeta, mhf, con una precisin de 0,01 g. Se deseca en estufa a una tem-peratura inferior a 60 C hasta masa constante y se determinan la masa seca final de la probeta, mdf, con una preci-sin de 0,01 g, y la humedad final, wf, en tanto por ciento. Esta humedad es la que tena el suelo al final de la con-solidacin, pues la rotura se realiz sin permitir el flujo de agua hacia o desde la probeta.

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7.3 Ensayo no consolidado-no drenado (UU)

Este ensayo se realiza nicamente en suelos cohesivos arcillosos, pues no hay consolidacin inicial y la rotura serealiza en condiciones no drenadas.

7.3.1 Ajustes iniciales. Se coloca el carro de deslizamiento con la caja perfectamente ensamblada sobre los cojine-tes, centrando stos bajo el carro.Si fuese necesario, se aproximan la caja de corte y el pistn de empuje del motor, actuando para ello manualmentesobre ste. Ajustar seguidamente el aparato medidor de fuerza horizontal para que exista un buen contacto entre elextremo del yugo en forma de cuello de cisne de la caja de corte y el extremo del aparato de medida de fuerzashorizontales.

Se debe verificar que el pistn de empuje del motor tiene un recorrido mnimo de 12 mm en el sentido de avance.Se sita el medidor de desplazamiento en posicin, fijndolo y ponindolo a cero junto con el medidor de fuerzas.Se debe comprobar que dicho medidor de desplazamiento tiene recorrido suficiente.

Se debe comprobar que el pistn de carga vertical est perfectamente centrado.

Acto seguido, se ensambla el yugo de aplicacin de la fuerza vertical, haciendo que descanse dicho yugo sobre elasiento central en forma de casquete esfrico del pistn de carga. Se debe comprobar que en esta operacin no seha desplazado dicho pistn, centrndolo si fuese necesario.

Se fija el medidor de deformaciones verticales debidamente centrado, comprobando que tiene suficiente recorrido enlos dos sentidos. Se pone a cero o se anota la lectura inicial.

7.3.2 Ajustes antes de la rotura. Se sigue el procedimiento indicado en el apartado 7.2.3.

7.3.3 Rotura de la probeta. Se sigue el procedimiento indicado en el apartado 7.2.4. En este caso, no es necesa-rio determinar la masa hmeda final de la probeta, pues se supone que no ha variado respecto de la inicial ya cono-cida, al realizar este ensayo sin consolidacin y sin drenaje.

7.4 Ensayos con varias pasadas. Resistencia residual

Estos ensayos permiten determinar los parmetros de resistencia residual, cR y R, para cualquiera de los tipos deensayos normales.

7.4.1 Ensayos consolidados-drenados (CD). Una vez finalizado el ensayo normal y parado el motor, se vuelve lacaja de corte a su posicin inicial siguiendo alguno de los procedimientos siguientes: Procedimiento 1. Aplicando una velocidad al motor en sentido inverso al del ensayo normal, hasta que las dos

mitades de la caja de corte coincidan. La velocidad aplicada se elige de manera que el tiempo que se tarde enllevar la caja de corte a su posicin inicial sea aproximadamente igual al tiempo que en el ensayo normal se tar-da en alcanzar la resistencia al corte mxima.

Procedimiento 2. Se llevan las dos mitades de la caja de corte a su posicin inicial, actuando manualmente sobreel motor en una operacin que dure unos pocos minutos. Se deja en reposo hasta el dia siguiente, para establecerel equilibrio de presiones.

Procedimiento 3. Se aplican de 5 a 10 pasadas actuando manualmente, con una duracin de unos pocos minutoscada pasada, para establecer un plano de corte; se finaliza en la posicin inicial del ensayo normal. Se deja enreposo hasta el dia siguiente para establecer el equilibrio de presiones.

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Se debe verificar que los medidores de deformaciones horizontales y de fuerzas han vuelto a su valor inicial,anotando la lectura del medidor de deformaciones verticales.

Se repite el proceso de rotura descrito para el ensayo normal, aplicando una velocidad de desplazamiento igual a lade dicho ensayo.

Se repiten las operaciones anteriores tantas veces como sea necesario, hasta obtener un valor prcticamente cons-tante de la resistencia al corte. Se para el motor.

Se extrae el agua que rodea a la caja de corte. En los ensayos drenados se deja drenar las placas porosas unos10 min.

Se descarga de pesas el colgadero de aplicacin de las fuerzas verticales y se retira el yugo del pistn de carga.

Se extrae la probeta de la caja de corte1).Se determina la masa hmeda final de la probeta, mhf, con una precisin de 0,01 g. Se deseca en estufa a menos de60 C hasta masa constante y se determinan la masa seca final de la probeta, mdf, con una precisin de 0,01 g, ascomo la humedad final, wf, en tanto por ciento.

7.4.2 Ensayos consolidados-no drenados y ensayos no consolidados-no drenados. Una vez finalizado el ensayonormal, se acta con el motor en sentido inverso o manualmente llevando las dos mitades de la caja de corte a suposicin inicial, en una operacin que dure unos pocos minutos.

Se debe verificar que los medidores de deformaciones horizontales y de fuerzas han vuelto a su valor inicial,anotando la lectura del medidor de deformaciones verticales.

Se repite el proceso de rotura descrito para el ensayo normal, aplicando una velocidad de desplazamiento igual a lade dicho ensayo.

Se repiten las operaciones anteriores tantas veces como sea necesario, hasta obtener un valor prcticamente cons-tante de la resistencia al corte. Se para el motor.

Se extrae el agua que rodea a la caja de corte. En los ensayos drenados se dejan drenar las placas porosas unos 10minutos.

Se descarga de pesas el colgadero de aplicacin de las fuerzas verticales y se retira el yugo del pistn de carga.

Se extrae la probeta de la caja de corte1).Se determina la masa hmeda final de la probeta, mhf, con una precisin de 0,01 g. Se deseca en estufa a menos de60 C hasta masa constante, y se determinan la masa seca final de la probeta, mdf, con una precisin de 0,01 g, ascomo la humedad final, wf, en tanto por ciento.

8 OBTENCIN Y EXPRESIN DE LOS RESULTADOS. REPRESENTACIONES GRFICASEn este apartado se explican los procedimientos de clculo a seguir para determinar los parmetros de resistencia alesfuerzo cortante: cohesin y ngulo de rozamiento interno.

1) En determinados ensayos puede ser interesante realizar un esquema de las dos superficies de corte, o incluso fotografiarlas.

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8.1 Datos generales

Vase el modelo de impreso de expresin de datos del ensayo que se muestra en la figura 5.

Humedad inicial

La humedad inicial, wi, expresada en %, se puede calcular tomando una pequea cantidad de suelo durante la pre-paracin de la probeta y siguiendo el procedimiento operatorio descrito en la Norma UNE 103300, o utilizando lasmasas iniciales hmeda, mhi, y seca, mdi, de la probeta, segn la expresin:

Densidad aparente

La densidad aparente, , expresada en g/cm3, se determina mediante la ecuacin:

donde

mhi es la masa hmeda inicial de la probeta, en g;

A es el rea inicial de la probeta, en mm2;

h es la altura inicial de la probeta, en mm.

NOTA En una muestra cohesiva inalterada, h es la altura del tallador o de la mitad superior de la caja de corte.

En una muestra cohesiva remoldeada, h se debe determinar, conociendo h1, h2, y ht, mediante la expresin:

h = h1 - h2 - ht

donde

h1 es la distancia desde el borde superior de la caja hasta la placa base, en mm;

h2 es la distancia desde el borde superior de la caja hasta la placa porosa (suelos cohesivos), en mm;

ht es la altura total de las placas utilizadas en el ensayo, en mm.

En un suelo no cohesivo, h se determina mediante la expresin:

h = h1 - h3 - ht

donde

h3 es la distancia desde el borde superior de la caja hasta la placa ranurada (suelos no cohesivos), en mm.

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Densidad seca inicial

La densidad seca inicial, d, expresada en g/cm3, se determina mediante la ecuacin:

ndice de huecos inicialEl ndice de huecos inicial, ei, adimensional, se determina mediante la ecuacin:

donde

s es la densidad de las partculas, en g/cm3.

Grado de saturacin inicial

El grado de saturacin inicial, Si, expresado en %, se determina mediante la ecuacin:

ndice de huecos finalEl ndice de huecos al final de la consolidacin, al final del ensayo, o en un momento cualquiera, e, se determinamediante la ecuacin:

donde

h es el cambio de altura sufrida por la probeta, en el momento considerado, expresado en mm.

8.2 Tensiones y desplazamientos

Se calcula la fuerza horizontal aplicada a la probeta, Fh, expresada en N, para cada lectura durante el ensayo. (Va-se el modelo de impreso para expresin de datos de la rotura que se muestra en la figura 6).

Se calcula la tensin de corte sobre la superficie de rotura de la probeta, , expresada en kPa, para cada lecturadurante el ensayo, mediante la ecuacin:

donde

A es el rea inicial de la probeta, en mm2.

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NOTA Normalmente se toma A como constante, aunque durante el corte el rea va disminuyendo. Si se desea obtener el rea efectiva deaplicacin de las fuerzas verticales, se debe seguir el procedimiento siguiente:

Caja de corte cuadrada:

El rea corregida en cualquier instante durante el ensayo, Ac, expresada en mm2, es:

Ac = L1 (L2 - l)

donde

L1 es la longitud del lado perpendicular a la direccin de corte, expresada en mm;

L2 es la longitud inicial del lado en la direccin de corte, expresada en mm;

l es el desplazamiento relativo entre las dos mitades de la caja de corte en cualquier instante durante el ensayo, expresado en mm.

Caja de corte circular:

El rea corregida en cualquier instante durante el ensayo, Ac, expresada en mm2, es:

Ac = 2 R2 - l R sen

donde

= arc cos l/2R, expresado en radianes;

l es el desplazamiento relativo entre las dos mitades de la caja de corte, expresado en mm;

R es el radio interno de la caja de corte, expresado en mm.

Para cajas circulares de corte de 50 mm de dimetro se puede utilizar la siguiente tabla:

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Desplazamiento relativoentre las dos mitades de

la caja de corte, lmm

rea corregida,Ac

mm2

Desplazamiento relativoentre las dos mitades de

la caja de corte, lmm

rea corregida,Ac

mm2

0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,0

1963,51958,51953,51948,51943,51938,51933,51928,51923,51918,51913,5

5,05,15,25,35,45,55,65,75,85,96,0

1713,91708,91704,01699,01694,01689,11684,11679,11674,21669,21664,2

1,11,21,31,41,51,61,71,81,92,0

1908,51803,51898,51893,51888,51883,51878,51873,51868,51863,5

6,16,26,36,46,56,66,76,86,97,0

1659,31654,31649,31644,41639,41634,51629,51624,61619,61614,6

2,12,22,32,42,52,62,72,82,93,0

1858,51853,51848,51843,51838,51833,61828,61823,61818,61813,6

7,17,27,37,47,57,67,77,87,98,0

1609,71604,71599,81594,91589,91585,01580,01575,11570,21565,2

3,13,23,33,43,53,63,73,83,94,0

1808,61803,61798,61793,61788,61783,71778,71773,71768,71763,7

8,18,28,38,48,58,68,78,88,99,0

1560,31555,31550,41545,51540,61535,61530,71525,71520,91515,9

4,104,204,304,40

1758,71753,71748,81743,8

4,504,604,704,804,90

1738,81733,81728,81723,91718,9

- 25 - UNE 103401:1998

Se calcula la tensin normal aplicada a la probeta, n, expresada en kPa, mediante la ecuacin:

donde

Fv es la suma total de las fuerzas verticales aplicadas a la probeta, expresadas en N;

A es el rea inicial de la probeta, expresada en mm2.

NOTA Si se desea la tensin normal con la correccin de rea, se toma el rea corregida, Ac, en mm2, en el desplazamiento relativo corres-pondiente a la resistencia al corte mxima. (Vase nota del apartado 8.2).

Si se realiza el ensayo con varias pasadas, en la segunda y posteriores pasadas, se calcula el desplazamiento paracada lectura, aadiendo al desplazamiento observado en la pasada actual, el desplazamiento total acumulado al finalde la pasada anterior.

Se calcula la deformacin vertical acumulada en cada pasada con relacin a la altura inicial de la probeta.

8.3 Representaciones grficas

En un ensayo normal, se deben realizar las siguientes operaciones. (Vase el impreso para la representacin grficade resultados que se muestra en la figura 7).

1 En un grfico, se representan en ordenadas las tensiones tangenciales expresada en kPa y en abscisas el desplaza-miento horizontal, expresado en mm, correspondientes a cada una de las probetas ensayadas.

2 De cada relacin tensin-deformacin, se toman el valor de la resistencia tangencial mxima, mx., en kPa, y ladeformacin horizontal correspondiente.

3 En un mismo grfico se representan en escala decimal, la tensin tangencial mxima, mx., en kPa, en ordenadasy la tensin normal, n, en kPa, en abscisas, para cada una de las tres probetas analizadas en el ensayo. Es im-prescindible que la escala utilizada en ambos ejes sea la misma.Estimando que la relacin entre mx. y n es lineal, la pendiente de la lnea de mejor ajuste y el punto de cortecon el eje de ordenadas dan los parmetros resistentes del suelo, ngulo de rozamiento interno y cohesin, res-pectivamente.

4 Se puede representar el cambio de altura que experimenta la probeta durante el ensayo (deformacin vertical) enmm, en ordenadas, y el desplazamiento horizontal, en mm, en abscisas. Es conveniente expresar los cambios dealtura en forma de ndices de huecos, segn la expresin dada en 8.1.

Si se realiza el ensayo con varias pasadas, se deben realizar las siguientes operaciones:

1 Se representan las tensiones tangenciales, en kPa, en ordenadas, y el desplazamiento acumulado en el sentido decorte, en mm, en abscisas, en un mismo grfico y sucesivamente.

2 De la relacin tensin-deformacin de la primera rotura, se anotan los valores de la resistencia tangencial mxi-ma o resistencia de pico, mx., en kPa, y el correspondiente desplazamiento, en mm.

UNE 103401:1998 - 26 -

3 De la ltima pasada se obtiene el valor residual de la tensin tangencial, r, en kPa.

4 En un mismo grfico se representan, la resistencia mxima, mx., referida en la operacin 2, en kPa, y la resis-tencia residual, r, referida en la operacin 3, en kPa, en ordenadas, y las tensiones normales correspondientes,r, en kPa, en abscisas, con la misma escala decimal, de todas las probetas ensayadas.

5 Se puede representar el cambio de altura que experimenta la probeta durante el ensayo de corte (deformacinvertical), en mm, en ordenadas y el desplazamiento horizontal acumulado en el sentido del corte, en mm, en abs-cisas. Es conveniente expresar los cambios de altura en forma de ndices de huecos, segn la expresin dada en8.1.

Se puede suponer que las relaciones entre mx. y n y entre r y n son lineales; por tanto, la pendiente de la lneade mejor ajuste de mx. y n, y el punto de corte con el eje de ordenadas, dan los parmetros resistentes del suelo,ngulo de rozamiento interno y cohesin, respectivamente. De la misma forma la pendiente de la lnea de mejorajuste de r y n, y el punto de corte con el eje de ordenadas, dan los parmetros resistentes residuales del suelo,ngulo de rozamiento interno y cohesin, respectivamente.

9 CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS

Esta norma concuerda esencialmente con:

BS 1377: Part 7: 1990 Determination of shear strength by direct shear (small shearbox apparatus).

- 27 - UNE 103401:1998

(a) Detalles de la caja de corte (b) Componentes de la caja de corte

(c) Disposicin general de la caja y del carro deslizante

Fig. 1 Aparato de corte directo

UNE 103401:1998 - 28 -

TIEMPO EN MINUTOS (ESCALA LOGARTMICA)

(a) Mtodo logartmico o de Casagrande

(b) Mtodo de Taylor o de la raz cuadrada del tiempoFig. 2 Mtodos grficos para la determinacin de la velocidad de rotura en ensayos drenados

- 29 - UNE 103401:1998

L0 = L100 = L50 = (L0 + L100)/2 =

Cv = 0,196 H2 / t50 =

tf = H2 / 2 Cv (1-Uf)= (Uf = 0,95)

df (desplazamiento estimado en mm) =

Vmx. (velocidad mxima de rotura en mm/min) =

LECTURAS DE CONSOLIDACINTIEMPOS LECTURAS TIEMPOS LECTURAS TIEMPOS LECTURAS TIEMPOS LECTURAS

10 s 5 min 1 h 3 d15 s 7 min 2 h 5 d30 s 10 min 3 h 7 d

45 s 15 min 5 h 10 d1 min 20 min 7 h

2 min 30 min 1 d

3 min 45 min 2 d

MTODO LOGARTMICO DE CASAGRANDE log(t)

Fig. 3 Modelo de impreso para expresin de resultados del mtodo de Casagrandede determinacin de la velocidad de rotura

UNE 103401:1998 - 30 -

L100 = L0 - 10 (L0-L90) / 9 = t100 =L50 = (L0 + L100) / 2 =

Cv = 0,848 H2 / t90 = H = H0 - (L0 + L100) / 2 =

tf = H2 / 2 Cv (1-Uf)= (Uf = 0,95) tf (mtodo directo) = 12,7 x t100 =

df (desplazamiento estimado en mm) =

Vmx. (velocidad mxima de rotura en mm/min) =

LECTURAS DE CONSOLIDACINTIEMPOS LECTURAS TIEMPOS LECTURAS TIEMPOS LECTURAS

0 s 10 min 3 h

15 s 15 min 5 h1 min 20 min 7 h

2 min 30 min 9 h

3 min 45 min 12 h5 min 1 h 1 d7 min 2 h 2 d

MTODO DE TAYLOR Y MTODO DIRECTO

Fig. 4 Modelo de impreso para expresin de resultados del mtodo de Taylory mtodo directo de determinacin de la velocidad de rotura

- 31 - UNE 103401:1998

TRABAJO N = MUESTRA N = LOCALIZACINSONDEO N = PROFUNDIDAD (m)

MASAS Y DIMENSIONES DE LA CAJA DE CORTEMASASmasa mitad superior caja mc(g) =masa del tallador mt(g) =DIMENSIONESCAJA CUADRADA CAJA CIRCULARdimensin interior caja L1(mm) =dimensin interior caja L2(mm) =altura tallador ht(mm) =altura mitad superior caja hc(mm) =rea inicial probeta A = L1 L2 (mm2) =

dimetro interior caja D(mm) =altura mitad superior caja hc(mm) =

rea inicial probeta A= (pi D2) / 4 (mm2) =Volumen inicial probeta V = A h / 1 000 (cm3)(h = altura inicial probeta)

PREPARACIN DE LA PROBETASUELOS COHESIVOS SUELOS NO COHESIVOSINALTERADO COMPACTADO ARENA SECA

FLOJAARENA SECACOMPACTA

ARENASATURADA

ARENASEMI-SATURADA

Tallado Densidad seca Vertido Compactacin Hervido Compactacind (g/cm3) Dinmica Vaco DinmicaEnergaE(J/cm3)

CompactacinEstticaVibracinVertido

DATOS DEL MONTAJE Y DE LA PROBETADistancia desde el borde superior de la caja hasta la placa base h1(mm) = Distancia desde el borde superior de la caja hasta la placa porosa (suelos cohesivos) h2(mm) = Distancia desde el borde superior de la caja hasta la placa ranurada (suelos no cohesivos) h3(mm) = Altura total de las placas utilizadas en el ensayo ht(mm) = Altura inicial probeta (suelos cohesivos) h(mm) = h1-h2-ht =Altura inicial probeta (suelos no cohesivos) h(mm) = h1-h3-ht =Distancia desde el borde superior del pistn de carga al borde superior de la caja h4(mm) = Distancia desde el borde superior del pistn de carga al borde superior de la cajacon el yugo de cargas y en equilibrio h5(mm) = Asiento debido al yugo h4-h5(mm) =Masa hmeda inicial de la probeta mhi(g)=Masa seca inicial de la probeta mdi(g)=Masa hmeda final de la probeta mhf(g)=Masa seca final de la probeta mdf(g)=

HUMEDADES Y DENSIDADESHumedad inicial Wi(%) = 100 (mhi-mdi)/mdi =Humedad final Wf(%) = 100 (mhf-mdf)/mdf =ndice de huecos inicial ei = s/d-1 =ndice de huecos e = ei-h/h (1 + ei) =(h = cambio altura (mm) de la probeta)

Densidad aparente (g/cm3) = mhi/V=Densidad seca d (g/cm3) = mdi/V =Densidad de las partculas s (g/cm3) =Grado de saturacin inicial Si(%) = (Wi s) / ei =

Fig. 5 Modelo de impreso para expresin de los datos del ensayo

UNE 103401:1998 - 32 -

Tipo de ensayo: CD / CU / U / RESIDUAL (pasada n )

Velocidad de desplazamiento (mm/min) = Tensin normal (kPa) =

Tiempotranscurrido

Lecturasmedidor

Fuerzahorizontalde corte

Tensintangencial

Tensintangencialcorregida

Desplazamientohorizontal

Deformacinvertical

min Fuerza N kPa kPamedido

mmacumulado

mmlectura acumulado

mm

Fig. 6 Modelo de impreso para expresin de los datos de la rotura

- 33 - UNE 103401:1998

TRABAJO N

MUESTRA N

SONDEO NPROFUNDIDAD (m)LOCALIZACINTipo de ensayo:

CD / CU / UU / RESIDUAL

TENSIN NORMAL (kPa)

DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL (mm)

Fig. 7 Modelo de impreso para la representacin grfica de resultados

Direccin C Gnova, 6 Telfono 91 432 60 00 Fax 91 310 40 3228004 MADRID-Espaa

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