caracterizacion de materiales i
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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
CARACTERIZACION DE MATERIALES I
ENSAYO CORTE DIRECTO
INTRODUCCION:
Este ensayo a continuación sustentado se realizó siguiendo los parámetros estipulados en la norma D3080-04, y tiene por objeto el determinar la resistencia al corte en la muestra de suelo seleccionada, que se recomienda tomarla de forma inalterada, y se hace de manera regulada con fines de controlar el esfuerzo al cual es sometido para no alterarla demasiado. El ensayo de corte directo es una herramienta rápida y sencilla para determinar propiedades de resistencia de materiales drenados y consolidados pues las trayectorias de drenaje son cortas haciendo que el exceso de presión en los poros sea disipado de manera eficaz para muestras de suelo inalterados, remoldeados o compactados, anque existen limitaciones en cuanto a el tamaño de las partículas presentes en la muestra.
Para llevar a cabo dicho ensayo se ha sometido la muestra de suleo a diferentes esfuerzos para carga normal (8000g, 16000g, 32000g) de manera que pueda apreciarse el efecto sobre la resistencia y desplazamiento así como de sus propiedades. El resultado de este tipo de ensayos nos permite expresar la relación entre esfuerzos de consolidación y resistencia al corte en condiciones drenadas.
OBJETIVO GENERAL:
Determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Calcular el valor de los esfuerzos normal y cortante sometidos sobre la muestra de suelo en el ensayo, teniendo en cuenta las fórmulas respectivas así como los datos necesarios.
Determinar el punto máximo de flexión de corte a partir de la gráfica tensión de corte ( ), en función de la deformación ( ) en el plano de ésta tensión de corte.τ ε
Comprender el funcionamiento del equipo de laboratorio empleado para el ensayo, en este caso como relevantes el equipo de cizalladura (deformímetro) y la caja de cizalladura.
MARCO TEORICO
Los ensayos de corte directo en laboratorio se pueden clasificar en tres tipos según exista drenaje o consolidación de la muestra, por lo tanto los valores de c y dependenφ escencialmente de la velocidad del ensayo y de la permeabilidad del suelo.
Ensayo no consolidado no drenado (U U).
Es un ensayo rápido, donde el corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga normal (Pv); si el suelo es cohesivo y saturado, se desarrollará exceso de presión de poros. Generalmente la recta intrínseca en el diagrama de contra es horizontal, donde = C u . noτ σ τ se permite el drenaje de la muestra en todo el ensayo.
Ensayo consolidado no drenado (CU).
En este ensayo se permite que la muestra drene ó se consolide durante la aplicación de la carga vertical, de modo que en el momento de aplicar el esfuerzo de corte las presiones intersticiales sean nulas, pero no durante la aplicación del esfuerzo cortante. La tensión de corte es rápida para que la presión de poros no pueda disiparse en el transcurso del ensayo. Estos ensayos no se usan en suelos permeables y es necesario medir el movimiento vertical durante la consolidación (drenaje) para saber cuando se ha producido por completo. Por lo tanto, la ecuación de coulomb se transforma en:
=c c u + * T g ( c u ) = c c u + ( + µ )* T g ( c u ) τ σ φ σ φ
Ensayo consolidado drenado (CD).
La velocidad de corte es lenta, se permite el drenaje de la muestra durante todo el ensayo siendo las presiones intersticiales nulas durante la aplicación del esfuerzo cortante( µ = 0 ), esto implica que: = ’ , c = c ’ , = ’ . σ σ φ φ
Por otro lado, según la forma en que se pueda aplicar el esfuerzo horizontal, los ensayos de corte se pueden clasificar en dos tipos.
ENSAYOS DE TENSION CONTROLADA. Se aplica el esfuerzo horizontal, se miden las deformaciones hasta llegar hasta la estabilización, luego se aumenta la fuerza horizontal y así sucesivamente, hasta que llegue a el momento en que las deformaciones no se estabilizan, lo que nos indica que hemos sobrepasado la carga de rotura.
ENSAYOS DE DEFORMACION CONTROLADA. La mitad móvil de la caja se desplaza a una velocidad determinada; los esfuerzos horizontales se van midiendo con un anillo dinamométrico conectado en serie con la fuerza horizontal
LA ECUACION DE COULOMB:
t=C+s∗tan( f ); Dónde:
t=Esfuerzoderesistencia al corte .
C=Cohesión .
s=EsfuerzoNormal .
f=Angulode friccióninternadel suelo
Otras fórmulas asociadas al ensayo:
Diámetro promedio (cm):
Área del anillo (c m2) :
Esfuerzo Normal:
Peso de muestra húmeda en el anillo moldeador (g):
Volumen de muestra húmeda (cm3):
Densidad húmeda de la muestra dentro del anillo (g/cm3):
Densidad seca de la muestra (g/cm3):
Carga cortante P en Kg:
Deformación horizontal (mm):
Esfuerzo de corte (kg/mm2):
PROCEDIMIENTO:
Preparación de la muestra:
la muestra es preparada por el método de compactación, el contenido de agua asi como peso unitario es definido por el laboratorista
Posteriormente se pesa la muestra de suelo necesaria para la realización del ensayo teniendo en cuenta que sea suficiente para los diferentes estados de carga normal
A continuación se prepara la caja de corte verificando que la parte superior e inferior se encuentren alineadas y se aseguran con los tornillos a fin de precisión en el ensayo; posteriormente se coloca la tapa inferior, percatándose que las ranuras queden perpendiculares a la dirección de corte. Previamente los anillos que conforman la caja han sido pesados y se ha medido su diámetro y haltura.
Se procede ahora a poner una parte de muestra en la boca del cilindro en la caja de corte, empleando para ello una espátula y el pisón con el cual se compacta la capa de suelo dando 25 pisonadas por cada capa de suelo en forma precavida a fin que no se esparsa el material hacia los lados, es recomendable hacerlo en el sentido de las manecillas del reloj.
Al terminar con el mismo procedimiento para cada una de las capas se coloca la tapa superior verificando que las ranuras sean perpendiculares al movimiento de corte. Finalmente se lleva la caja más muestra hasta la máquina de ensayo y se carga con 8000g, verificando que la presión de la carga concuerde con la cabeza de la caja. Se ubica el deformímetro de tal manera que haga presión con la parte móvil de la caja y se pone en ceros.
Se coloca el brazo de carga contra la parte móvil de la caja y el lector de carga también en ceros, y se desbloquea la caja sacándoles los clavos. Se aplica la fuerza de corte a la caja moviendo la palanca en contra de las manecillas del reloj y registrando los valores de deformación horizontal cada 10 rayas registradas en el lector de carga, hasta que la carga no aumente más o empiece a bajar, en ese momento la muestra ya ha fallado. Se retira la caja de la maquina y se limpia extrayendo el suelo. De la muestra ensayada se toma una porción para determinar la humedad. Se repite el proceso para las otras dos muestras las cuales se cargaran normalmente con 16000g y 32000g respectivamente.
RESULTADOS Y CALCULOS
Diámetro promedio (cm)
Dp=6.5+6.25+63
=6.25 cm.
Área del anillo (cm2)
Aa=π4∗6.252=30.680 cm2
Esfuerzo Normal (carga de 8000g):
σ= 800030.680
=260.756g /cm2
Peso de muestra húmeda en el anillo moldeador (carga de 8000g)
PMh=208−76=132g .
Volumen de muestra húmeda (carga de 8000g)
V=30.680∗2=61.36 cm3
Densidad húmeda de la muestra dentro del anillo (carga de 8000g)
DHm= 13261.36
=2.151g /cm3
Densidad seca de la muestra (carga de 8000g)
DSm= 2.1511+0.13
=1.904 g /cm3
Carga cortante P en Kg (carga de 8000g)
P (kg )=0.1472450452∗10(¿de lineas)−0,1963267269=1.276 Kg.
Deformación horizontal (carga de 8000g)
DH (mm )=
11000
∗27∗25.4
1=0.686mm.
Esfuerzo de corte (carga de 8000g)
τ= 1.27630.680
=0.042
CARGA DE 8000g:
Deformacion
peso (kg-f) LDH Deformación Horizontal (mm
Esfuerzo de corte
10 1,276123725 12 0,3048 0,04159464620 2,748574177 22 0,5588 0,08958846730 4,221024629 40 1,016 0,13758228940 5,693475081 58 1,4732 0,18557611150 7,165925533 79 2,0066 0,23356993360 8,638375985 91 2,3114 0,28156375470 10,11082644 101 2,5654 0,32955757680 11,58327689 110 2,794 0,37755139890 13,05572734 112 2,8448 0,42554522100 14,52817779 109 2,7686 0,473539041110 16,00062825 103 2,6162 0,521532863120 17,4730787 96 2,4384 0,569526685
130 18,94552915 88 2,2352 0,617520507
0 0.5 1 1.5 2 2.5 30
0.10.20.30.40.50.60.7
f(x) = 0.174851886869078 x − 0.0192504178949184R² = 0.669118760682836
muestra (carga 8000g)
muestra (carga 8000g)Linear (muestra (carga 8000g))
deformacion horizontal
esfu
erzo
de
cort
e
CARGA DE 16000g:
Deformacion peso (kg-f) LDH Deformación Horizontal (mm
Esfuerzo de corte
10 1,276123725
44 1,1176 0,041594646
20 2,748574177
56 1,4224 0,089588467
30 4,221024629
65 1,651 0,137582289
40 5,693475081
78 1,9812 0,185576111
50 7,165925533
92 2,3368 0,233569933
60 8,638375985
104 2,6416 0,281563754
70 10,11082644
114 2,8956 0,329557576
80 11,58327689
122 3,0988 0,377551398
90 13,05572734
130 3,302 0,42554522
100 14,52817779
133 3,3782 0,473539041
110 16,00062825
132 3,3528 0,521532863
120 17,4730787 126 3,2004 0,569526685130 18,9455291
5124 3,1496 0,617520507
1 1.5 2 2.5 3 3.50
0.10.20.30.40.50.60.7
f(x) = 0.217751942707814 x − 0.232041434216229R² = 0.859248693009913
muestra (carga 16000g)
muestra (carga 16000g)Linear (muestra (carga 16000g))
deformacion horizontal
esfu
erzo
de
cort
e
CARGA DE 32000g:
Deformacion peso (kg-f) LDH Deformación Horizontal (mm
Esfuerzo de corte
10 1,276123725
35 0,889 0,041594646
20 2,748574177
53 1,3462 0,089588467
30 4,221024629
72 1,8288 0,137582289
40 5,693475081
80 2,032 0,185576111
50 7,165925533
93 2,3622 0,233569933
60 8,638375985
103 2,6162 0,281563754
70 10,11082644
118 2,9972 0,329557576
80 11,58327689
130 3,302 0,377551398
90 13,05572734
139 3,5306 0,42554522
100 14,52817779
148 3,7592 0,473539041
110 16,00062825
155 3,937 0,521532863
120 17,4730787 160 4,064 0,569526685130 18,9455291
5164 4,1656 0,617520507
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
f(x) = 0.170894722898211 x − 0.154600319541884R² = 0.975993959777054
muestra (carga 32000g)
muestra (carga 32000g)Linear (muestra (carga 32000g))
deformacion horizontal
esfu
erzo
de
cort
e