Ensayo de Corte Directo

INDICE

ENSAYO DE CORTE DIRECTO I.

Introducción .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... ..................... ........

2

II.

Objetivos ......................... ............ ......................... .......................... ........................... .......................... .......................... ...............

2

III.

Materiales ......................... ............ .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............

3

IV.

Marco teórico ........................... ............. .......................... ......................... .......................... ........................... ................... .....

6

V.

Procedimiento ........................... ............. .......................... ......................... .......................... ........................... ................... .....

9

VI.

Cálculos ........................... .............. ......................... .......................... ........................... .......................... .......................... ...............

12

VII.

Resultados ......................... ............ .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............

19

VIII.

Anexos .......................... ............ .......................... ......................... .......................... ........................... ........................... ................ ...

19

IX.

Conclusiones ........................... ............. .......................... ......................... .......................... ........................... ................... .....

23

X.

Bibliografía ......................... ............ .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............

23

ESCOBAR LICAPA WEGNER K. TALLER XII

ING. CIVIL – VI CICLO UPLA

ENSAYO DE CORTE DIRECTO ASTM D3080-90 D3 080-90 I.

INTRODUCCION La evaluación de la resistencia al esfuerzo normal y cortante del suelo, permite cuantificar parámetros necesarios para solucionar problemas relacionados con la resistencia del terreno, que nos permite analizar problemas de la estabilidad de suelos tales como: el estudio de estabilidad de taludes para carreteras, la determinación de la capacidad de soporte en cimentaciones, la presión lateral sobre estructuras de retención de tierras. En presente informe de laboratorio realizado por nosotros, alumnos de la Universidad Peruana Los Andes, de la Escuela Académico Profesional de Ing. Civil, en donde presentamos el ensayos para determinar la resistencia al esfuerzo cortante de suelo, como es el ensayo de corte directo que es un ensayo más preciso que el ensayo de compresión simple pero poco menos que el ensayo de compresión triaxial, pero su estudio es indispensable ya que los resultados son aproximados y nos pueden dar una idea del comportamiento de suelo suelo al ser sometido a esfuerzos(cortante y normal), a continuación aremos un ensayo con un tipo de suelo utilizando este tipo de ensayo y observaremos los resultados.

II.

OBJETIVOS. GENERAL. 

Determinar la resistencia resistencia al esfuerzo esfuerzo cortante o capacidad portante del suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.

ESPECIFICOS. 

Determinar el ángulo ángulo de fricción interna. interna.



Determinar la cohesión.

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III.


EQUIPOS Y MATERIALES a) Equipo de Corte

b) Caja de Corte ( Mitad superior e inferior, placa superior, placa inferior, tornillos de seguridad) Mitad Superior e inferior

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ING. CIVIL – VI CICLO UPLA Placa Superior

Placa inferior

Tornillos de seguridad

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c) Equipo compactador

d) Molde

e) Cronómetro

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f) Deformímetro

g) Espátula

IV.

MARCO TEORICO. ESFUERZO CORTANTE EN SUELOS Resistencia al corte de un suelo Esta resistencia del suelo determina factores como la estabilidad de un talud, la capacidad de carga admisible para una cimentación y el empuje de un suelo contra un muro de contención.

Ecuación de falla de Coulomb (1776) Coulomb observó que si el empuje de un suelo contra un muro produce un desplazamiento en el muro, en el suelo retenido se forma un plano recto de deslizamiento. Él postuló que la máxima resistencia al corte, , en el plano de falla, está dada por:                TALLER XII -

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                                  

Esta es una relación empírica y se basa en la Ley de Fricción de Amonton para el deslizamiento de dos superficies planas, con la inclusión de un término de cohesión c para incluir la Stiction propia del suelo arcilloso. En los materiales granulares, c = 0 y por lo tanto:                 

Contrariamente, en suelos puramente cohesivos,   , luego:                

Pero la ecuación (1) no condujo siempre a resultados satisfactorios, hasta que Terzagui publica su expresión       con el principio de los esfuerzos efectivos (el agua no tiene cortante). Entonces:                      

Aparato de corte directo

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Puesto que la resistencia al cortante depende de los esfuerzos efectivos, en el suelo los análisis deben hacerse en esos términos, involucrando c’ y φ’, cuyos valores se obtienen del ensayo de corte directo: Aplicando al

suelo una fuerza normal, se puede proceder a cizallarlo con una fuerza cortante. El movimiento vertical de la muestra se lee colocando un deformímetro en el bastidor superior. El molde no permite control de drenaje, que en el terreno pueden fallar en condiciones de humedad diversas (condición saturada no drenada, parcialmente drenadas o totalmente drenadas), para reproducir las condiciones de campo se programa la velocidad de aplicación de las cargas. En arenas, como el drenaje es libre, el ensayo se considera drenado.

Valores característicos del ángulo de fricción de algunos suelos:

Aplicaciones de los valores obtenidos en el ensayo de corte directo: 

El ensayo de cizalladura directa es adecuado para la determinación relativamente rápida de las propiedades de resistencia de materiales drenados y consolidados. Debido a que las trayectorias de drenaje a través de la muestra son cortas, se permite que el exceso de presión en los poros sea disipado más rápidamente que con otros ensayos drenados.

El ensayo puede ser hecho en todo tipo de suelos

inalterados, remoldeados o compactados. 

Los resultados del ensayo son aplicables para estimar la resistencia al corte en una situación de campo donde ha tenido lugar una completa consolidación bajo los esfuerzos normales actuales. La ruptura ocurre lentamente bajo condiciones drenadas, de tal manera que los excesos de presión en los poros quedan disipados. Los resultados de varios

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ensayos pueden ser utilizados para expresar la relación entre los esfuerzos de consolidación y la resistencia a la cizalladura en condiciones drenadas. 

Durante el ensayo de cizalladura hay rotación de los esfuerzos principales, lo que puede o no corresponder a las condiciones de campo. Aún más, la ruptura puede no ocurrir en un plano de debilidad, puesto que ella tiene que ocurrir cerca de un plano horizontal en la parte media del espécimen. La localización fija del plano de ruptura en el ensayo puede ser una ventaja en la determinación de la resistencia al corte a lo largo de planos reconocidamente débiles dentro del material del suelo y para analizar las interfaces entre materiales diferentes.



El intervalo de los esfuerzos normales, la velocidad de deformación y las condiciones generales del ensayo deben ser seleccionadas para reflejar las condiciones específicas de los suelos que se está investigando.

V.

PROCEDIMIENTO. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA. a) Se disgrega el material en seco para después cribarlo por la malla No. 100, con el objeto de tener un suelo homogéneo y obtener el tamaño de partícula que describe este documento.

b) Posteriormente se determina la cantidad en peso que se utilizará para preparar la muestra en la caja de corte, en este caso fue de 356g; de esta cantidad se divide en 4 porciones iguales (89g c/u).

c) Se ajusta adecuadamente la caja de corte, verificando que tanto la parte superior como la inferior estén alineadas la una con la otra, y asegurándolas con los tornillos para que no se pueda mover ninguna de estas dos partes; se coloca la tapa inferior, percatándose que las ranuras estén perpendiculares a la dirección del corte.

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d) Al obtener las porciones, la primera porción se introduce en la caja de corte y con una espátula se distribuye por toda la superficie de la caja, tratando de formar una capa uniforme.

e) Con el pison de 5*5cm se compacta la capa (Figura a), colocando el pison en cada una de las esquinas de la caja y dando pisonadas cuidadosas para que el material no vuele, tanto en las esquinas como a la mitad de cada uno de sus lados, haciendo esto dos veces y recomendando que sean efectuadas en sentido de las manecillas del reloj.

f) Al terminar de dar las dos vueltas, se procede a realizar una última apisonada con el pison de 9.5*9.5cm (Figura b), para que el material se distribuya uniformemente y se tenga la seguridad de que fue bien compactada.

g) Después de compactar la capa se escarifica la parte superior haciendo 7 líneas verticales y 7 horizontales, separadas aproximadamente 8mm.

h) Al terminar con la primera capa se procede a vaciar la siguiente porción de material y se realiza el mismo procedimiento que se menciona del inciso d) al g), hasta obtener las 4 capas.

i) Al tener las 4 capas compactadas y escarificadas, se coloca la tapa superior observando que las ranuras sean perpendiculares al movimiento de corte.

PROCEDIMIENTO DE PRUEBA. a) Después de haber preparado la muestra conecte y ajuste la caja de corte dentro del tazón.

b) Posteriormente antes de colocar la carga normal verifique que el contrapeso del marco esté bien colocado para que pueda cumplir con su función correctamente, verificado esto coloque la carga normal.

c) Coloque y ajuste correctamente el aparato que mide los desplazamientos horizontales que se utiliza para medir los desplazamientos de corte.

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d) Verifique que todos los componentes del sistema estén alineados y asentados. Anote la carga normal que se aplica al mecanismo.

e) Operación de la máquina. 

Verificar que el “switch correr” esté en la posición de alto.

Seleccione el nivel de velocidad deseado.



Coloque el número en el contador con respecto a las tablas del



distribuidor de la máquina3.6 se muestra el tablero de control.

f) Verifique que el Timer esté en la posición correcta para efectuar la prueba.

g) Observe si la celda de carga o el anillo están bien colocados en la máquina.

h) Retire los tornillos de seguridad, de la caja de corte. i) Anote la lectura inicial o ajuste los dispositivos para tener una lectura de cero, tanto de la celda como del instrumento que mide los desplazamientos horizontales.

j) Registre el tiempo inicial, los desplazamientos horizontales, la fuerza normal y la fuerza cortante. Ponga en funcionamiento el aparato.

k) Tome la lectura de los datos de tiempo, desplazamiento horizontal y la fuerza de corte a intervalos definido de desplazamiento. Las lecturas de datos deben tomarse a intervalos de desplazamiento iguales al 2% del diámetro del espécimen, o de su anchura, para definir con precisión una curva de esfuerzo desplazamiento.

l) Detenga el aparato al ver un comportamiento lineal después de ocurrir la falla de la muestra. El desplazamiento correspondiente a la condición de falla puede encontrarse entre el 15 y 20% del diámetro o longitud del espécimen.

m) Detenga el capturador de datos y guarde el archivo. n) Retire la carga normal del espécimen. o) Coloque el nivel de velocidad en manual y ajuste la caja de corte para que pueda ser retirada del tazón, coloque los anillos de seguridad antes de sacar la muestra.

p) Calcule y grafique el esfuerzo de corte contra el desplazamiento lateral.

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VI.


CÁLCULOS: Ensayo 1: Datos y cálculos:

Proyecto: Ubicación Perforación: Profundidad: Muestra N°:



Taller XII Nº1 2.5 m C.D.1

UPLA Ensayo: Suelo tipo: Fecha: Hecho por:

Datos de muestra

Lado (cm): Altura (cm): Area (cm²): Vm (cm³): Vel. de carga (mm/min):



CORTE DIRECTO Arcilloso 21/11/2014 El Grupo

6 2 36 72 0.5

Carga Normal: Pa (Marco y Placa) (kg) Pb (Percha de carga) (kg) Pv (kg)

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0.604 2 20.604

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ESCOBAR LICAPA WEGNER K. TALLER XII 


Tabla de deformaciones:

Tiempo (min) 0 0.500 1.000 1.500

Desplaz. Hz (cm) 0 0.025 0.050 0.075

Area Corr. (cm²) 36 35.850 35.700 35.550

Def. Carga (N° Div) 0 32.000 50.000 71.500

Fza. Corte (kg) 0 14.284 22.319 31.916

Esf. Cort. (kg/cm²) 0 0.398 0.625 0.898

2.000

0.100

35.400

97.000

43.299

1.223

2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.000 5.500 6.000

0.125 0.150 0.175 0.200 0.225 0.250 0.275 0.300

35.250 35.100 34.950 34.800 34.650 34.500 34.350 34.200

120.000 140.500 158.000 173.000 184.000 188.000 162.000 118.500

53.565 62.716 70.528 77.224 82.134 83.919 72.313 52.896

1.520 1.787 2.018 2.219 2.370 2.432 2.105 1.547

Ilustración 1: Esfuerzo de Corte - Deformación Horizontal

De la gráfica podemos obtener:    TALLER XII -

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Ensayo 2: Datos y cálculos:

Proyecto: Ubicación Perforación: Profundidad: Muestra N°:



Taller XII Nº1 2.5 m C.D.2

UPLA Ensayo: Suelo tipo: Fecha: Hecho por:

Datos de muestra Lado (cm): Altura (cm): Area (cm²): Vm (cm³): Vel. de carga (mm/min):




6 2 36 72 0.5


TALLER XII -

0.604 4 40.604

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Tiempo (min)

Desplaz. Hz (cm)

Area Corr. (cm²)

Def. Carga (N° Div)

Fza. Corte (kg)

Esf. Cort. (kg/cm²)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

0 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.175 0.200

36 35.850 35.700 35.550 35.400 35.250 35.100 34.950 34.800

0 19.500 30.000 60.050 101.500 141.000 174.000 190.900 159.500

0 8.704 13.391 26.805 45.307 62.939 77.670 85.214 71.197

0.000 0.243 0.375 0.754 1.280 1.786 2.213 2.438 2.046


De la gráfica podemos obtener:    TALLER XII -

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Ensayo 3: Datos y cálculos: Proyecto: Ubicación Perforación: Profundidad: Muestra N°:



Facultad de Geológica Nº1 2.5 m C.D.3

UNC Ensayo: Suelo tipo: Fecha: Hecho por:

Datos de muestra Lado (cm): Altura (cm): Area (cm²): Vm (cm³): Vel. de carga (mm/min):




6 2 36 72 0.5


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0.604 6 60.604

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Tiempo (min)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

Desplaz. Hz (cm) 0 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.175 0.200 0.225 0.250 0.275 0.300 0.325 0.350 0.375 0.400

Area Corr. (cm²) 36 35.850 35.700 35.550 35.400 35.250 35.100 34.950 34.800 34.650 34.500 34.350 34.200 34.050 33.900 33.750 33.600

Def. Carga (N° Div) 0 25.000 49.500 55.000 78.400 104.000 128.500 153.000 181.000 212.000 249.000 284.500 317.000 350.000 380.000 400.000 406.300

Fza. Corte (kg) 0 11.159 22.096 24.551 34.996 46.423 57.360 68.296 80.795 94.632 111.148 126.995 141.502 156.233 169.624 178.552 181.364

Esf. Cort. (kg/cm²) 0.000 0.311 0.619 0.691 0.989 1.317 1.634 1.954 2.322 2.731 3.222 3.697 4.137 4.588 5.004 5.290 5.398


De la gráfica podemos obtener:    TALLER XII -

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Datos de muestra el esfuerzo cortante Vs Esfuerzo Normal en cada ensayo ENSAYO 1 2 3

NORMAL 0.572 1.128 2.239

CORTANTE 2.5 2.45 5.5

C

Ilustración 4: Muestra el esfuerzo cortante Vs Esfuerzo Normal

De la gráfica podemos obtener: 

Ángulo de fricción interna   



Cohesión:    

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VII.


INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS:  El valor que hemos obtenido para el ángulo de fricción es un valor muy característico para este tipo de suelo, que puede alcanzar hasta 45º y en casos excepcionales sobrepasarlo  La cohesión obtenida es relativamente baja, pero se encuentra dentro de los valores característicos para este suelo:       

VIII.

ANEXOS

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Página 22


IX.

X.


CONCLUCIONES. 

Se logró determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad portante del suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.



Se logró determinar el ángulo de fricción interna que es de 39º.



Se logró determinar la cohesión que es de 0.5 kg/cm2.

BIBLIOGRAFIA.  Manual de laboratorio de la UPLA 

Salvador Ricardo – Montero Juan Carlos, Manual de Ensayos de Mecánica de Suelos, 200.

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Ensayo de Corte Directo

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