Índice 1.-Generalidades 2.-Corte Directo 3.-Fundamentos para el análisis del ensayo - Ley de coulomb 4.-Aplicaciones de los resultados del ensayo a fallas de terreno 5.-Ventajas 5.Ventajas del ensayo de corte directo 6.-Limitaciones 6.Limitaciones del ensayo de corte directo 7.-Ensayo 7.Ensayo 8.-Calculos
CORTE DIRECTO 1 Generalidades 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: a. Por deform deformación ación elástica elástica de de las partícula partículas. s. b. Por cambio cambio de volume volumenn en el suelo suelo como consecu consecuenc encia ia de la evacuaci evacuación ón del líquid líquidoo existente en los huecos entre las partículas. c. Por deslizamie deslizamiento nto de las partículas partículas,, que pueden pueden conducir conducir al deslizamien deslizamiento to 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, corresponde corresponde a fallas del del tipo catastróficos y para evitarla 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. El procedimiento para efectuar la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante tal como se presenta en este informe, se aplica solamente al más sencillo de los casos que pueden presentarse en la práctica: aquel en que se prueba el material en estado seco.
2 Corte Directo El ensayo de corte directo consiste en hacer deslizar una porción de suelo, respecto a otra a lo largo de un plano de falla predeterminado mediante la acción de una fuerza de corte horizontal incrementada, mientras se aplica una carga normal al plano del movimiento.
2.1 Principio del ensayo de corte directo:
Los aspectos del corte que nos interesa cubrir pueden dividirse en cuatro categorías: a)
Resistencia al corte de un suelo no cohesivo (arenas y gravas) que es prácticamente independiente del tiempo.
b) Resistencia al corte drenado para suelos cohesivos, en que el desplazamiento debe ser muy lento para permitir el drenaje durante el ensayo. c)
Resistencia al corte residual, drenado, para suelos tales como arcillas en las que se refieren desplazamientos muy lentos y deformaciones muy grandes.
d) Resistencia al corte para suelos muy finos bajo condiciones no drenadas en que el corte es aplicado en forma rápida.
2.2 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, aún cuando conserva interés práctico debido a su simplicidad, ha sido sustituida en buena parte por las pruebas de compresión Triaxial.
2.3 Clasificación de ensayos de corte directo 2.3.1 Ensayos no consolidados – no drenados El 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.
2.3.2 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.
2.3.3 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.
3 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 ( normales ( σ
n
f
) y los esfuerzos
) en suelos, se muestra en la figura 5.21 y puede representarse por la
ecuación siguiente:
f =
c + σ n * tg Φ
Fig. 5.21 Relación entre los esfuerzos de corte máximo y los esfuerzos normales. La línea recta obtenida se conoce como Envolvente de falla
3.1
Ecuación de falla de corte de Coulomb
En 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, τ , en el plano de falla esta dada por =c+
tan
Donde σ es el esfuerzo normal total en el plano de falla ϕ
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. σ
= s´+ u
Donde u = presión intersticial s´= esfuerzo efectivo
Pudo apreciarse entonces que, dado que el agua no puede soportar esfuerzos cortantes substanciales, la resistencia al corte de un suelo debe ser el resultado únicamente de la resistencia a la fricción que se produce en los puntos de contacto entre partículas; la magnitud de ésta depende solo de la magnitud de los esfuerzos efectivos que soporta el esqueleto de suelo. Por tanto, cuanto más grande sea el esfuerzo efectivo normal a un plano de falla potencial, mayor será la resistencia al corte en dicho plano. Entonces, si se expresa la ecuación de Coulomb en términos de esfuerzos efectivos, se tiene:
t = c´ +
En la cual los parámetros c´ y
´ tan
ϕ
´
´ son propiedad del esqueleto de suelo,
denominadas cohesión efectiva y ángulo de fricción efectiva, respectivamente. Puesto que la resistencia al corte depende de los esfuerzos efectivos en el suelo, los análisis de estabilidad se harán entonces, en términos de esfuerzos efectivos. Sin embargo, en ciertas circunstancias el análisis puede hacerse en términos de esfuerzos totales y por tanto, en general, se necesitará determinar los parámetros de resistencia al corte del suelo en esfuerzos efectivos y en esfuerzos totales. Es decir, los valores de c´, j´ y c,
ϕ
. Estos se obtienen, a
menudo en ensayos de laboratorio realizados sobre muestras de suelo representativas mediante el ensayo de corte directo (ASTM D-3080-72) o el ensayo de compresión Triaxial (ASTM D-2805-70).
3.2 Componentes de la resistencia al corte De 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. Como en la ecuación ”
f
= c+ σ
n
* tg Φ” existen dos cantidades desconocidas
(c y Φ), se requiere obtener dos valores, como mínimo de esfuerzo normal y esfuerzo
cortante para obtener una solución. Como el esfuerzo cortante
y el esfuerzo normal σn tienen el mismo significado
dado en la construcción del círculo de Mohr, en lugar de resolver una serie de ecuaciones simultáneas para c y para tg Φ, es posible dibujar en un plano de ejes cordenados los valores de
contra σn para los diferentes ensayos (generalmente con
como
ordenada), dibujar una línea a través del lugar geométrico de los puntos, y establecer la pendiente de la línea como el ángulo y la intersección con el eje
como la cohesión c.
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 5.22.
Fig. 5.22 Mecanismos de los fenómenos de fricción
3.3 3.3
Ensayo de corte directo
La fig. 5.20a 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. Por esta razón, la resistencia al corte no drenada de un suelo arcilloso a menudo se mide en una cámara Triaxial, la cual permite el completo control del drenaje de la muestra. Sin embargo,
el ensayo de
corte directo puede utilizarse para medir la resistencia drenada de los suelos arcillosos si primero se consolida por completo la muestra bajo la carga normal y luego se corta la muestra a una velocidad suficientemente lenta para asegurarse de la disipación inmediata del exceso de presión intersticial que se produce durante el corte.
La Fig. 5.20b muestra las relaciones típicas esfuerzo-deformación unitariacambio de volumen. Al graficar el máximo esfuerzo cortante
f
en función del
esfuerzo normal efectivo s´ 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 s´ = 0 en suelos granulares) pasando por los respectivos puntos; la pendiente de esta línea se designa con ϕ ’.
Tabla V.21 Valores de ϕ ´ para suelos granulares
En la fig. 5.22 b y c, se ve que los cambios de volumen tienen una influencia fundamental en el valor de la resistencia al corte de los suelos. Tales efectos se reflejan empíricamente en el valor
ϕ
´ en la ecuación de Coulomb. Sin embargo,
un tratamiento detallado requiere un estudio del comportamiento de las partículas del suelo para separar el componente de la resistencia debido a la estructura de partículas, de aquel que corresponde a la fricción entre partículas. Algunas veces para obtener el desplazamiento necesario debe invertirse de manera repetida la dirección del corte, pero ello distorsiona el alineamiento de las partículas y no se logra el verdadero valor para el estado mínimo. El problema puede resolverse utilizando el aparato de corte de corte tipo anular en el cual se prueba una muestra de suelo de forma anular en un anillo partido horizontalmente en su plano medio, lo cual permite que la mitad inferior de la muestra sea cizallada continuamente en una dirección sobre la mitad superior fija, sin cambio de contacto en el área de contacto entre las dos caras.
4 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 5.23a
b)
La presión de tierra en el muro de contención, prevalece inmediatamente después de la construcción. Figura 5.23b
c)
Presión de tierra contra la entibación de una excavación temporal. Figura 5.23c
d) Prevención contra el levantamiento de fondo de las excavaciones. Figura 5.23d
e)
Estabilidad de los taludes, inmediatamente después de la excavación. Figura 5.23e
f)
Estabilidad en diques de tierra, durante períodos cortos de construcción. Figura 5.23f
a) fundaciones b) Muro Contención c) Entibación excavación d) levantamiento fondo de excavaciones e) Corte f) Dique de Tierra
Fig.
de en del las
5.23
Ejemplos
simplificados
de mecanismos
de fallas en terrenos
En los problemas de estabilidad a corto plazo, el valor de la resistencia o cohesión aparente debido al deslizamiento de tierra, es aplicable en el uso de cálculos. El ángulo de resistencia al corte Φ, es requerido para obtener los coeficientes de presión o coeficientes de la capacidad de fuerza en diferentes cálculos. Estos coeficientes son dados en libros y textos de Ingeniería de Fundaciones. Para el análisis a largo plazo en estabilidad de taludes, muros de contención, diques de tierra, los parámetros c y Φ son requeridos para determinar la resistencia al deslizamiento. La estabilidad de taludes en una arcilla preconsolidada, está basada en los parámetros cr y σ r de resistencia residual. 5
Ventajas del ensayo de corte directo
5.1 El ensayo es relativamente rápido y fácil de llevar a cabo. 5.2 El principio básico es fácilmente comprensible. 5.3 La preparación de la muestra no es complicada. 5.4 El principio puede aplicarse a suelos granulares y otros materiales que contienen grandes partículas que serían muy caras de ensayar por otros medios.
5.5 Puede medirse el ángulo de fricción entre suelo y roca, o entresuelo y otros materiales. 5.6
El ensayo Triaxial es, relativamente, mucho más difícil de ejecutar e interpretar, especialmente si se toman medidas de presión de poros.
5.7 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. 5.8 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. 5.9 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. 5.10Se 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.
5
Limitaciones del ensayo de corte directo
6.1 La muestra está obligada a fallar en un plano predeterminado. 6.2 La distribución de esfuerzos en ésta superficie no es uniforme. 6.3 No es posible controlar el drenaje de la muestra, sólo se puede variar la velocidad de desplazamiento. 6.4 No puede medirse la presión de poros. 6.5 Las deformaciones aplicadas están limitadas por recorrido máximo de la caja.
El área de contacto entre las dos mitades de la muestra disminuye a medida que se
6.6
realiza el ensayo. Pero como afecta a t y a σ en la misma proporción, el efecto en la envolvente de Coulomb es despreciable. 6.7 El ensayo usa una muestra muy pequeña, con el consiguiente resultado de que los errores de preparación son relativamente importantes. 6.8
No es posible determinar el módulo de elasticidad ni el de la relación de Poisson
5
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. 7.1 Aparatos
–
-
Máquina de corte Directo.
–
-
Caja de corte directo.
Fig. 5.24 Componentes de la Caja de Ensayo de Corte
Fig. 5.25 Placas de la caja de corte
7.2 Preparación de la muestra El 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. Determine la altura de la muestra a partir de la expresión siguiente: H = B - ( t1 + 2t2 + X ) [cm] Donde B
: Altura total de la caja
t2
: 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.
7.3 Procedimiento de ensayo -
Suelo no cohesivo
-
Pesar un plato grande de arena seca (o mojada con el contenido de humedad conocido con exactitud) con suficiente material para hacer por lo menos tres ensayos a la misma densidad.
- Ensamblar cuidadosamente la caja de corte (retroceder cualquier separación existente entre las partes de la caja y los tornillos de empalme) y fijar la caja en posición. Obtener la sección transversal A de la muestra. - Colocar cuidadosamente la arena en la caja de corte hasta cerca de 5 mm del borde de la superficie del anillo y colocar el pistón de carga (incluyendo la piedra porosa) sobre la superficie del suelo. Tomar un nivel pequeño y verificar la nivelación del pistón o bloque de carga. Pesar el recipiente de la arena para determinar el peso exacto del material utilizado en la muestra. Obtener a continuación una referencia del espesor de la muestra de suelo marcando en varios puntos el borde del pistón o bloque de carga alrededor del perímetro con respecto a la altura de la caja de corte.
Ejemplo
ﻻt= 1.92 g/cm3 Volumen de la caja = 365.84 cm3
Entonces la masa de ensayo será de 702.4 g - Aplicar la carga normal Pv deseada y colocar el dial para determinar el desplazamiento vertical (con precisión de 0,01 mm por división). Recordar incluir el peso del pistón de carga y la mitad superior de la caja de corte como parte del peso Pv . - Separar dos partes de la caja de corte desplazando los tornillos espaciadores que se encuentran en la parte superior de la caja de corte. El espacio desplazado debería ser ligeramente superior (al ojo) que el tamaño más grande de partículas presente en la muestra. A continuación se debe fijar el bloque de carga apretando los tornillos de fijación provistos para tal propósito a los lados de la parte superior de la caja de corte. Inmediatamente después de separar los tornillos espaciadores de manera que se libere la parte inferior de la caja de corte; en este momento la carga normal, la mitad de la carga de la caja de corte, y el bloque o pistón de carga se encuentran actuando sobre la muestra de suelo. - Ajustar el deformímetro de carátula (0,01 mm/división) para medir el desplazamiento en cortante.
- Para ensayos saturados, saturar la muestra llenando la caja de muestra y permitiendo transcurrir suficiente tiempo para que tenga lugar la saturación. Asegurarse de que las piedra porosas que se encuentran en la caja de corte estén saturadas si el suelo al ensayarse contiene alguna humedad. - Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformímetro de carga, del deformímetro de desplazamiento cortante, y del deformímetro vertical (cambio de volumen). Si el ensayo es de tipo deformación unitaria controlada, se deben tomar esas lecturas a desplazamientos horizontales de:5, 10, y cada 10 ó 20 unidades de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0,5 a no más de 2 mm/min. No utilizar tasas de deformación unitaria más rápidas, pues existe el peligro de que se presente el pico de carga cortante entre dos lecturas. La tasa de deformación unitaria debería ser tal que la muestra “falle” entre 3 y 5 min. -
Retirar la arena de la caja de corte y repetir los pasos 1 a 8 sobre por lo menos dos muestras adicionales y a una densidad ojalá dentro de los 5 g y no más de 10 g respecto a la cantidad de suelo usada en el primer ensayo. Asegurarse de que la arena ocupe el mismo volumen utilizando las marcas de referencia del paso N° 3. En el paso anterior usar un valor diferente de Pv para cada ensayo (se sugiere doblar la carga exterior, por ejemplo, 4, 8, 16 kg más el peso del bloque o pistón de carga para esos tres ensayos ó 5, 10, 20 kg, etc.).
Fig. 5.26 Detalles del ensayo y la caja de corte directo
En la figura 5.26 se aprecian los siguientes componentes: (a)Deformímetro para medir desplazamientos verticales (b)barra de carga (c)pasadores de alineación (d)tornillos
para separar las partes de la caja de corte (e)bordes estríados para retener la muestra (f)espacio mayor que el tamaño de la máxima partícula en la muestra (g) Deformímetro (h) juego de tornillos para fijar en posición la cabeza de carga. - Suelo cohesivo -
Moldear cuidadosamente tres o cuatro muestras al mismo tamaño (y, ojalá, a la misma densidad) tomadas de una muestra de bloque grande, o de una muestra de tubo, o de cualquier otro tipo de fuente. Utilizar un anillo cortante de manera que el tamaño pueda ser controlado bastante aproximadamente. Cualquier
muestra con un peso
apreciablemente diferente de las otras debe descartarse y en su lugar moldear otra muestra. [Qué constituye “apreciable” comparado con el tamaño de la muestra (del orden de 5 cm² x 20 a 25 mm de espesor) es un asunto de criterio personal]
Nota: Se pueden necesitar seis muestras si el suelo está inalterado y preconsolidado. 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. - 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. - 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 Pv y ajustar el deformímetro de carátula vertical. Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformímetro vertical igual que para el ensayo de consolidación para determinar cuando la consolidación haya terminado. - Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una pequeña separación apenas mayor que el tamaño de la partícula más grande presente en el suelo, retroceder los tornillos de separación y empalmar la cabeza de carga en su sitio utilizando los tornillos fijos para tal propósito. 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. Ser extremadamente cuidadoso al separar la caja de corte cuando se ensaya una arcilla blanda porque parte del material puede ser extruido fuera de la caja por la zona de
separación - utilizar en esos casos cargas verticales pequeñas y/o hacer si puede requerir el hacer la consolidación antes de la separación de cajas. - Acoplar el deformímetro de deformación constante, fijar en cero tanto el deformímetro horizontal como el 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 (cortante) y tomar lecturas del deformímetro de carga, desplazamiento de corte y desplazamientos verticales (de cambio de volumen). 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. No utilizar tasas de deformación unitaria demasiado altas, ya que es posible que la carga pico de corte esté entre dos lecturas. La tasa de deformación unitaria debería ser tal que la muestra “falle” en 5 a 10 min a menos que el ensayo sea de tipo con drenaje. Puede hacerse una gráfica de la lectura de deformación vertical contra el log del tiempo similar a la del ensayo de consolidación del suelo. - Remover el suelo y tomar una muestra para contenido de humedad. Repetir los pasos 2 a 6 para dos o más muestras adicionales. Si el suelo está preconsolidado y se utilizan seis muestras para el ensayo, es preciso asegurarse de utilizar un rango de tres cargas normales a cada lado del esfuerzo de preconsolidación.
8 Cálculos Los 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: ﻻγ
=
H
x H–∆
ﻻγ :
Densidad en función del asentamiento.
H : Altura inicial de la muestra ∆ : Asentamiento (Deformación vertical) 0
ﻻ: Densidad
inicial
0
ﻻ
b. Calculo de Esfuerzos normales
σ = Pv A Donde: 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 τ
=
T A
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
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 grafico, 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 intercección con el eje vertical que nos indica la cohesión del suelo.
Fig. 5.27 Gráficos típicos para un ensayo de corte
