Download - Consolidacion y Corte Directo
Corte directo y consolidación unidimensional Laura Natalia Henao Lara
Miguel Ángel Castañeda Mora
José Luis Camargo García
Sergio Andrés Aldana Mejía
Jhon Fredy García Calderón
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Compresión inconfinada
Laura N. Henao, Miguel A. Castañeda, José L. Camargo, Sergio A. Aldana y Jhon F.
García.
Universidad la Gran Colombia
Laura N. Henao, Miguel A. Castañeda, José L. Camargo, Sergio A. Aldana y Jhon F.
García, Estudiantes Ingeniería Civil, Universidad la Gran Colombia.
La correspondencia concerniente a este artículo debe ser enviada a José L. Camargo,
Estudiante de Ingeniería Civil, Universidad la Gran Colombia. E-mail: [email protected]
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Índice
1 Desarrollo del informe ................................................................................................... 7
2 Marco Teórico ................................................................................................................ 9
2.1 Exploración de Suelo .............................................................................................. 9
2.2 Métodos de Exploración ......................................................................................... 9
2.2.1 SPT - Standard Penetration Test ....................................................................... 9
2.2.2 CPT - Cone Penetration Testing .................................................................... 11
2.2.3 VST - Vane Shear Test ................................................................................... 12
2.2.4 DMT - Flat Plate Dilatometer Test ................................................................. 13
2.2.5 PMT - Pressuremeter Test .............................................................................. 14
2.3 Identificación de Suelos ........................................................................................ 16
3 Corte directo ................................................................................................................. 18
3.1 Criterio de falla ..................................................................................................... 19
3.1.1 Christian Otto Mohr ........................................................................................ 20
4 Consolidación .............................................................................................................. 21
4.1 Coeficiente o módulo de Poisson ......................................................................... 23
4.1.1 Siméon Poisson ............................................................................................... 24
4.2 Ley de Hooke ........................................................................................................ 25
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4.2.1 Robert Hooke .................................................................................................. 25
5 Definición de parámetros ............................................................................................. 26
5.1 Consolidación ....................................................................................................... 26
5.2 Corte directo ......................................................................................................... 27
6 Valores típicos ............................................................................................................. 28
6.1 Corte Directo ........................................................................................................ 28
6.2 Consolidación ....................................................................................................... 31
7 Edición y solución del ensayo ...................................................................................... 34
7.1 Corte directo ......................................................................................................... 34
7.2 Consolidación ....................................................................................................... 36
8 Descripción de lo que se hizo ...................................................................................... 38
9 Discusión del error ....................................................................................................... 45
10 Comparación de datos típicos .................................................................................. 46
10.1 Corte directo ...................................................................................................... 46
11 Aplicaciones ............................................................................................................. 48
12 Recomendación y valoración ................................................................................... 49
13 Bibliografía ............................................................................................................... 50
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Índice Tabla
Tabla 1. Valores Típicos De Angulo Fricción y Cohesión ................................................ 30
Tabla 2. Rango de valores típicos de permeabilidad (M. Das 2006) ................................. 31
Tabla 3. Valores De Límites De Atterberg Para Tipos De Suelos ..................................... 32
Tabla 4. Datos calculados Esfuerzo cortante VS Esfuerzo normal .................................... 36
Tabla 5. Esfuerzo cortante máximo para las muestras ....................................................... 46
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Índice de imágenes
Imagen 1. Proceso grafico ensayo SPT .............................................................................. 11
Imagen 2. Proceso grafico ensayo CPT.............................................................................. 12
Imagen 3. Proceso grafico ensayo VST ............................................................................. 13
Imagen 4. Proceso grafico ensayo DMT ............................................................................ 14
Imagen 5. Proceso grafico ensayo PMT ............................................................................. 15
Imagen 6. Grafico típico el círculo de Mohr. (Bowles J., 1982) ........................................ 20
Imagen 7. Christian Otto Mohr .......................................................................................... 20
Imagen 8. Siméon Denis Poisson ....................................................................................... 24
Imagen 9. Robert Hooke .................................................................................................... 25
Imagen 10. Curva típica esfuerzo VS deformación ........................................................... 28
Imagen 11. Curva típica de Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal.................................. 29
Imagen 12. Curva típica de Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal.................................. 29
Imagen 13. Curva típica de Desplazamiento Vertical Vs Desplazamiento Horizontal...... 31
Imagen 14. Grado de consolidación medido en factor de tiempo ...................................... 32
Imagen 15. Grafica de relación de vacios vs esfuerzo efectivo ......................................... 33
Imagen 16. Simulación de la consolidación por medio DEL émbolo relleno de agua y sin
salida ................................................................................................................................... 33
Imagen 17. Corte con molde. ............................................................................................. 39
Imagen 18. Desbaste y excesos de la muestra. ................................................................... 39
Imagen 19. Ingreso de muestra a el molde confinado. ....................................................... 40
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Imagen 20.Tapado de molde con muestra. ......................................................................... 40
Imagen 21. Molde listo con muerta para ser montado en el equipo. .................................. 41
Imagen 22. Montado de muestra en equipo. ...................................................................... 41
Imagen 23. Colocación de agua y toma de medidas con deformimetro............................. 42
Imagen 24. Equipo para ensayo de corte directo. .............................................................. 43
Imagen 25. Muestra en molde ............................................................................................ 44
Imagen 26. Molde con muestra tapada. .............................................................................. 44
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1 Desarrollo del informe
Laura Natalia Henao Lara
Marco teórico, descripción de lo que se
hizo, bibliografía, recomendación y
valoración, estilos, contenido, índice de
imágenes y tablas, historia, aplicaciones y
discusión del error.
Miguel Ángel Castañeda Mora
Solución y edición del ensayo, anexo 1,
definición de parámetros, edición de todas
las tablas e imagines, valores típicos, marco
teórico.
José Luis Camargo García
Solución y edición del ensayo, anexo 2,
comparación con valores típicos, valores
típicos.
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Sergio Andrés Aldana Mejía
Consolidación de los suelos y valores típicos
de consolidación.
Jhon Freddy García Calderón
Aplicaciones y valores típicos.
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2 Marco Teórico
2.1 Exploración de Suelo
Tiene como objetivo determinar las principales características geotécnicas de un suelo a
partir de la información recolectada en campo, dicha información puede ser recolectada con
equipos manuales, mecánicos o automatizados; los equipos manuales son usados generalmente
para diseño de cimentación y se explora a una profundidad aproximada de 10 metros.
2.2 Métodos de Exploración
Los principales métodos de son:
2.2.1 SPT - Standard Penetration Test
Fue introducido por Raymond Pile Company en 1902, se usa en suelos duros, semi-
blandos y blandos, está dada por l correlación de número de golpes y la resistencia del suelo, esto
significa que entre mayor cantidad de golpes sean dados es porque el suelo es más duro; se dan
golpes con una pesa de 140 libras tomando una altura de 30 pulgadas para después dejarlo caer,
cada tubo tiene un peso aproximado de 5 kilos, las muestras se toman cada 15 centímetros
ignorando los primeros 15.
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Se inicia con el barreno en los suelos blandos mediante rotación hasta encontrar suelo
duro, los sedimentos que quedan adheridos al barreno serán utilizados también como muestras
pero estas son consideradas muestras alteradas, seguido de esto se retira el barreno y se coloca
otro equipo que sirva para tomar muestras inalteradas como la cuchara partida o el tubo Shelby
también llamado tubo de pared delgada; el primer equipo es un tubo de acero de dureza especial
con roscas en los extremos usadas para unir los extensores del equipo y sujetar la cuchara,
después de ser golpeado y llegar a la profundidad deseada se retira el equipo se quitan las roscas
y se abre el tubo exponiendo la muestra y dejándola lista para ser analizada, el segundo equipo es
más común usarlo en suelos blandos ya que al ser muy gruesa la pared del tubo puede alterar el
suelo, estos tubos tienen un diámetro de 3 a 4 pulgadas desde los bordes externos de este, la
muestra tomada con este equipo no es desencofrado sino es enviado tal cuál al laboratorio para
ser analizado; estas muestras son envueltas en papel aluminio o plástico para conservar la
humedad; al realizar el análisis se puede utilizar corte directo o compresión inconfinada
(Información suministrados por laboratorista Universidad la Gran Colombia).
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Imagen 1. Proceso grafico ensayo SPT
Fuente. http://3.imimg.com/data3/TK/XV/MY-7231261/standard-penetration-test-spt-500x500.png
2.2.2 CPT - Cone Penetration Testing
Inicio con un diseño creado por Netherlands Departament of Public Works en 1930 para
la investigación de suelos blandos, se usa para determinar las propiedades geotécnicas y
estratificación de los suelos, en este ensayo se busca realizar mediciones mecánicas simples de la
resistencia total del suelo a la penetración usando un manómetro para leer cargas por medio de
varillas con punta cónica empujadas en intervalos de 20 centímetros, en 1948 se inicia el uso de
conos eléctricos, para este ensayo es necesario empujar la varilla a una velocidad estándar de 1 a
2 cm/s, la varilla que será penetrada en el suelo cuenta con una punta cónica con un ángulo de
60° y un área de 1000mm2.
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Imagen 2. Proceso grafico ensayo CPT
Fuente. http://geosystems.ce.gatech.edu/Faculty/Mayne/Research/devices/TypesCones.jpg
2.2.3 VST - Vane Shear Test
Este ensayo permite medir la resistencia al corte de arcillas suaves a duras y limos con
intervalos de profundidad regulares a un metro.
Este aparato es una paleta de acero inoxidable con cuatro cuchillas unidas a una barra de
acero la cuál será introducida en el suelo, la altura es generalmente 130mm el doble de su
diámetro 65mm; se inicia girando el dispositivo y la varilla axialmente en el suelo blando, dicha
paleta se gira a una velocidad muy lenta de 6º a 12º por minuto.
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Imagen 3. Proceso grafico ensayo VST
Fuente: http://www.zigur.com/picture/resource/picture/52437ed9e8cd8.jpg
2.2.4 DMT - Flat Plate Dilatometer Test
Este ensayo fue inventado por Silvano Marchetti en 1975; la idea de este ensayo es
insertar en el suelo una hoja de placa a una velocidad constante de 2mm/s una hoja de 15mm de
espesor y 96mm de ancho, generalmente para insertar la hoja se hace uso de un equipo llamado
célula de carga para así medir el empuje de penetración, los datos del empuje son tomados cada
20cm y se infla la membrana, al realizar el ensayo normalmente los suelos muy débiles o blandos
tienden a derrumbarse comúnmente 60mm de diámetro al ras de la membrana.
En este ensayo se obtienen la estratigrafía, el módulo de elasticidad, los esfuerzos
laterales y la resistencia al corte de arenas, limos y arcilla.
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Imagen 4. Proceso grafico ensayo DMT
http://geosystems.ce.gatech.edu/Faculty/Mayne/Research/devices/DMTdevice.gif
2.2.5 PMT - Pressuremeter Test
Este ensayo tiene como fin medir fácil y rápido la relación tensión – deformación en el
suelo, genera parámetros como el módulo de elasticidad, consiste en una sonda cilíndrica, la cual
se inserta en la perforación hecha al suelo para leer la presión, a esta sonda se le genera una
presión para inflarla, expandiéndola de forma tan que toca las paredes de la excavación y esta
empieza a deformarse, la presión de la sonda permanecerá constante por lo que los datos
registrados serán el volumen necesario para mantener la presión, estos datos se registran con un
equipo de lectura que permanece fuera de la excavación, cabe aclarar que la membrana o sonda
aumenta su volumen cuando las paredes de la excavación se deforman.
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El uso de este equipo se inició en 1954 por Louis Menard aun estudiante universitario
para entonces, mejoro y avanzo unas pruebas bases hechas por Ralph Peck en 1933. Existen tres
categorías piesométricas, el presiométrico de pozo, auto-talado presiométrico y presiómetros de
desplazamiento; el primero se inserta en un agujero realizado, el segundo es auto-aburrido en el
suelo minimizando inconvenientes que pueda presentar el sol a el ensayo y por ultimo este
presiómetro la sonda tiene forma cónica y es empujado sobre el suelo de la base del pozo.
Imagen 5. Proceso grafico ensayo PMT
Fuente: http://www.webforum.com/tc16/web/page.aspx?refid=30
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2.3 Identificación de Suelos
Existe una variedad de suelos muy amplia por lo que fue necesario buscar la forma de
clasificarlos, las primeras clasificaciones de suelo estaban basadas en las características de los
suelos, aquellas características que son organolépticas como el color, olor, textura, sabor, tamaño
entre otras. Con el paso del tiempo se ve la necesidad de usar otros métodos un poco más
precisos, así nacieron los sistemas basados en las características granulométricas del suelo; con
este método se hizo una clasificación general de los suelos en grava, arenas, limos y arcillas,
clasificación que aún se relaciona únicamente con el tamaño de las partículas que constituyen
cada suelo. Según información proporcionada por el laboratorista de la Universidad la Gran
Colombia, Marcos, cuando se usa este método podemos identificar si el suelo es arena, fino o
grueso teniendo en cuenta cumplir con lo siguiente; todo lo que sea retenido por el tamiz Nº 4
será llamado agregado grueso, el material que sea retenido entre los tamices Nº 4 y Tamiz 200 se
clasificara como arenas y todo lo que pase el Tamiz 200 serán suelos finos como turbas, suelos y
cenizas volcánicas, arcillas, limos, materiales orgánicos, etc.
Por otro lado tenemos el sistema unificado de clasificación de suelos basado en la
determinación de la granulometría del suelo y los límites de Atterberg, el cual se divide en
sistema AASHTO usado en vías y el Sistema unificado de clasificación de suelos USCS usado en
cimentación, al ser tantas las propiedades y variedades de suelos existentes se crean estas dos
clasificaciones las cuales agrupan los suelos con características semejantes, también excluyen los
suelos que no estén orientados al campo de la ingeniería.
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Sistema AASHTO para este método de clasificación se deben obtener el límite líquido,
índice de plasticidad y material que pasa por el Tamiz Nº 10, 40 y 200; aquí se clasifican en 8
grupos los cuales se identifican por la letra A seguida del número 1 al 7 si son suelos inorgánicos
y seguida del número 8 si es un suelo orgánico; la clasificación de A1 a A3 son suelos granulares
y los que se encuentran de A4 a A7 son suelos finos.
.
Por otro lado tenemos el sistema de clasificación unificada de suelos (SUCS) tiene como
objetivo permitir la clasificación del suelo en el terreno agrupado según su comportamiento como
material de ingeniería teniendo como base su granulometría y plasticidad. Se usan letras para
hacer la identificación G-Grava, S-Arena, M-Limo, W-Bien gradada, P-Pobremente gradada, C-
Arcilla, O-Limos y arcillas orgánicas, L- Baja y media plasticidad, H-Alta plasticidad y Pt-
Turbas o fangos.
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3 Corte directo
El corte directo es un ensayo el cual se basa en el deslizamiento de una porción de suelo
de una muestra en un plano determinado, para esto se aplica una fuerza horizontal, este corte o
deslizamiento puede ser sencillo o doble. Este en un ensayo muy bueno puesto que se puede
realziar a cualquier tipo de suelo y sin importar si son muestras inalteradas o remoldeadas.
Al aplicar esta fuerza cuando se genera el desplazamiento en la muestra es su esqueleto
estructural el que opone resistencia a la deformación, esta resistencia se constituye
principalmente por dos aspectos, el primero es la resistencia friccionante y el segundo es la
resistencia cohesiva.
Los suelos pueden ser clasificados como cohesivos y no cohesivos, los primeros se
pueden conocer también como suelos arcillosos y su principal característica es la atracción que
presentan sus partículas entre sí, por otra parte el no cohesivo son también llamados granulares en
estos no se presenta esa atracción de la que se hablaba.
Una vez realizada una construcción, la estructura que se apoya sobre el suelo transmite
una carga o esfuerzo a el suelo, esto produce deformaciones las cuales pueden presentarse de tres
maneras, la primera es por deformación elástica de las partículas, la segunda es un cambio o
disminución de volumen ya que por la carga se sale el agua o líquido que se encuentre en los
espacios existentes en el suelo y finalmente por el deslizamiento de las partículas.
Según su orden estas tres maneras son despreciable, fenómeno de consolidación y fallas
de tipo catastrófico respectivamente. Para evitar los eventos catastróficos es necesario hacer un
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análisis de la estabilidad y para esto es de vital importancia conocer la resistencia al corte del
suelo.
El corte directo se ha basado por más de 200 años en el trabajo de Mohr Coulomb el cual
tenía el nombre de criterio de falla o teorías de falla, siendo este el limite al que puede llegar el
material, hasta donde se puede cargar el suelo antes de la falla.
3.1 Criterio de falla
Este criterio es usado con el fin de determinar esfuerzos estáticos en suelos, los esfuerzos
elásticos permiten dar aproximaciones a diferentes materiales para así poder realizar el diseño
pertinente.
Para Mohr Coulomb este criterio de falla describe la respuesta de materiales quebradizos,
este criterio viene representado por los círculos de Mohr el cual esta representado por la
envolvente lineal de este donde se produce la rotura.
El circulo de Mohr es una técnica usada para representar gráficamente las relaciones
entre el estrés normal cortante y la estimación de los esfuerzos máximos.
Para graficar el círculo de Mohr se debe haber calculado con anterioridad la tensión
normal y la tensión tangencial.
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Los componentes del círculo de Mohr son los esfuerzos principales, cohesión, ángulo de
fricción.
Imagen 6. Grafico típico el círculo de Mohr. (Bowles J., 1982)
Fuente:
http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/compresion_no_confinada.pd
f
3.1.1Christian Otto Mohr
Imagen 7. Christian Otto Mohr
Fuente.http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/Christian_Otto_Mohr.jpg
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Ingeniero civil Alemán, nació el 8 de octubre de 1835 y falleció el 2 de octubre de 1918,
estudio en la Escuela Politécnica de Hanover. Sus inicios laborales fueron el diseño de las vías
del ferrocarril para los estados de Hanóver y Oldenburg, diseñando algunos puentes famosos y las
primeras estructuras con armadura de acero.
En 1874 formalizo la idea de las estructuras estáticamente indeterminadas, también
desarrollo el método para representar gráficamente tensiones en tres dimensiones, en 1882
desarrollo el método del circulo de Mohr el cual consiste en analizar tensiones en dos
dimensiones, esta nuevo método lo uso para una nueva teoría de resistencia de materiales basada
en el esfuerzo cortante, por último se pueden mencionar otros dos diagramas para la
representación del desplazamiento de armaduras y el análisis de estructura estáticamente
indeterminadas, se retiró de la ingeniería en 1900.
4 Consolidación
Es un proceso que se realiza a los suelos en donde por medio de una carga externa el
suelo tiende a perder su volumen original dependiendo la condición de este si se encuentra
saturado, parcialmente saturado
A la medida que se le van colocando los esfuerzos al suelo este tiende a deformarse o a
perder su volumen proporcionalmente a la carga aplicada, la rapidez de deformación depende
básicamente de la condición en la que se encuentre el suelo.
Una de las condiciones del suelo es saturado en donde la carga actúa como una pesa que
incrementa la presión de poros, que quiere decir esto, que a medida que se va aumentando los
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esfuerzos, como el suelo está saturado, el agua no opone resistencia al esfuerzo cortante y lo que
hace es fluir debido a la carga, este líquido al fluir hacia otro sitio hace que disminuya la relación
de vacíos y que el suelo empiece a perder volumen debido al esfuerzo.
la velocidad con la que el líquido se desplace dentro del suelo depende principalmente del
coeficiente permeabilidad, que es otro factor que influye en el tipo de consolidación
Para un caso donde el suelo está parcialmente saturado la situación cambia ya que nos
encontramos con la presencia de aire y/o gases en donde por no estar totalmente saturado el suelo
, este tendrá la libertad de compresión si que se realice un flujo de aguay sería más difícil saber
cuál fue el volumen desplazado mientras que cuando el suelo se encuentra saturado podemos
medir con dela diferencia de agua, es decir, el agua que se desplazó debido la carga es igual al
volumen que se perdió en el suelo.
Hay que tener en cuenta que a medida que el suelo sufre un esfuerzo este cambia su
volumen y por ende su relación de vacíos disminuye y produce mayor asentamiento, esto es
bueno porque hay más cohesión en el suelo y debido a que estamos trabajando con una
compresión unidimensional, es decir en sentido vertical las partículas de suelo se desplazaran
vertical mas no horizontalmente, en teoría hablando.
A medida que el suelo se va consolidando, la presión intersticial es proporcional a la
carga aplicada, entre más carga, mas es la presión intersticial y su esfuerzo efectivo aumenta, que
quiere decir esto, que la resistencia del suelo también va aumentando debido a la consolidación
de este
En todos los suelos la consolidación no es igual debido a las condiciones diferenciales
que tienen cada uno de estos por ejemplo en un suelo granular debido a su condición de
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permeabilidad alta, cuando es aplicada la carga, los asentamientos se producen casi instantáneos
y los flujos de agua son rápidos en comparación con los suelos finos arcillosos en donde presenta
un coeficiente de permeabilidad bajo y es por eso que el flujo del líquido es lento , en
consecuencia a esto los esfuerzos aplicados no producen un asentamiento rápido, todo lo
contrario este asentamiento puede durar años después de colocada la carga debido a que la
disipación de la energía es baja por su condición.
4.1 Coeficiente o módulo de Poisson
Es una constante elástica la cual brinda una medida de estrechamiento del material
elástico al ser estirado longitudinalmente y las direcciones perpendiculares al estiramiento se
adelgazan. Su nombre viene dado por el físico Simeon Poisson.
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4.1.1Siméon Poisson
Imagen 8. Siméon Denis Poisson
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Sim%C3%A9on_Denis_Poisson
Siméon Denis Poisson nació y murió en Francia, el 21 de junio de 1781 al 25 de abril
de1840, físico y matemático conocido por sus trabajos en la electricidad y en geometría general.
El trabajo más importante escrito por el fueron unos escritos acerca de las integrales
definidas y a la edad de 18 años escribió una memoria de diferencias finitas.
Fue docente en la escuela Politécnica de 1802 a 1808, en 1809 fue profesor de la Facultad
de ciencias dictando matemática pura.
Durante toda su vida fue reconocido por sus trabajos matemáticos, los cuales están entre
300 a 400 trabajos en los cuales se incluían aplicaciones a la electricidad, el magnetismo y la
astronomía.
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4.2 Ley de Hooke
Esta ley fue formulada originalmente para casos de estiramiento longitudinal, diciendo
que el alargamiento que presenta un material elástico es proporcional a la fuerza aplicada en él.
Esta ley puede ser aplicada en materiales elásticos hasta un límite denominado limite
elástico.
Su nombre viene del científico Robert Hoooke famoso y reconocido físico británico.
4.2.1 Robert Hooke
Imagen 9. Robert Hooke
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Robert_Hooke#/media/File:13_Portrait_of_Robert_Hooke.JPG
Científico inglés nació el 18 de julio de 1635 y falleció a los 67 años el 3 de mayo de
1703. Dentro de sus hitos como científico se encuentra la participación en la creación de la
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primera sociedad científica de la historia, la Royal Society de Londres, fue director de
experimentación de esta sociedad desde 1662.
5 Definición de parámetros
5.1 Consolidación
Para este ensayo es necesario tener presente los equipos que se deben usar sus
características y especificaciones, de esa forma se disminuirán algunos errores.
Dispositivos de carga es el equipo el cual sirve para aplicar la carga vertical a la muestra
por medio de una palanca la cual trabaja a relación, este equipo debe tener la capacidad de
mantener las cargas por tiempo prolongados con especificación de 0.5% , consolidómetro es un
tipo de molde o recipiente el cual tiene como objetivo principal mantener la muestra dentro de un
anillo, este puede ir fijado a la base o puede ser flotante no tiene ninguna incidencia, el anillo del
consolidómetro deberá tener como mínimo un radio de 5cm y una altura de 5mm, el material de
elaboración debe ser no corrosivo, piedras porosas deben ir ubicados en la parte superior e
inferior de las caras de la muestra, la porosidad de estas piedras debe ser muy fina ya que la idea
es evitar la filtración del suelo por estas, almacenamiento este es de suma importancia ya que esta
busca evitar cambios en las propiedades del suelo, así que el almacenamiento busca conservar la
humedad inicial de la muestra, temperatura esta puede variar 4ºC y la muestra no deber tener
contacto con la luz del sol, cortador cilíndrico sirve para tallar y limpiar la muestra hasta el
diámetro interno del anillo, balanza debe tener una aproximación de 0.1g, horno debe mantener
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una temperatura uniforme de 110ºC 5ºC, deformimetro debe tener una sensibilidad de
0.0025mm, equipo misceláneo todo aquello como espátulas, navajas, cierras de alambres y otras
y recipientes los cuales deben cumplir con la norma donde dice que debe ser resistente al cambio
rápido de temperatura.
5.2 Corte directo
Equipo de corte directo este deberá sostener la muestra entre dos piedras porosas a la cual
se le va a aplicar una fuerza en la cara para determinar los cambios en el espesor de la muestra,
caja de corte esta puede ser redonda o cuadrada pero debe ser de bronce, acero inoxidable o
aluminio debe contener los aditamentos necesarios para el drenaje en la parte de arriba y la de
abajo esta caja tiene que estar dividida por un plano horizontal que la divide en partes iguales la
cual debe tener tornillos de alineación o bloqueo, piedras porosas deben estar compuestas por un
metal que no sea susceptible a la corrosión por sustancias que puedan estar presentes en el suelo,
dispositivos de carga se tienen los de aplicación de la fuerza normal y aplicación de la fuerza de
corte los dos deben estar calibrados y poseer la capacidad para aplicar cierta cantidad de fuerza,
dispositivos para medir fuerza al corte este puede ser un anillo calibrado una celda de carga con
precisión de 2.5 N, recipiente para caja de corte caja metálica la cual debe soportar la caja de
corte, cuarto húmedo su objetivo es evitar que la perdida de humedad de la muestra supere los
0.5%, anillos para el tallado de la muestra son unos moldes que se usan para el tallado de la
muestra con la intensión de dejarla de las dimensiones correspondientes a las dimensiones
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internas de la caja, balanza debe contar con una sensibilidad de 0.1 g, medidores de
desplazamiento tienen que ser los adecuados ya que deben servir para medir el cambio de espesor
de la muestra con una sensibilidad de 0.002 mm, horno de secado debe tener una temperatura
constante de 110ºC 5ºC y equipo misceláneo.
6 Valores típicos
6.1 Corte Directo
Imagen 10. Curva típica esfuerzo VS deformación
Fuente: http://ocw.uis.edu.co/ingenieria-civil/estabilidad-de-
taludes/clase3/3_esfuerzo_y_resistencia_al_cortante.pdf
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Imagen 11. Curva típica de Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal
Fuente:http://ocw.uis.edu.co/ingenieria-civil/estabilidad-de-
taludes/clase3/3_esfuerzo_y_resistencia_al_cortante.pdf
Imagen 12. Curva típica de Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal
Fuente:
http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/03_clases_catedra/clases_catedra_ms1/06_resistencia_al_corte.p
df
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Tabla 1. Valores Típicos De Angulo Fricción y Cohesión
Tipos de suelos Ángulos de fricción interna
de grados
Cohesión C
Granulares o no cohesivos Arena suelta 30
Arena de compacidad media 32,5
Arena densa 35
Grava 35
Grava arenosa heterogénea 35
Bloques de piedra escollera
(sin presencia de arena)
35
Suelos cohesivos Arcilla semidura 15 0,25
Arcillas firmes 16 0,1
Arcillas blandas 17 0
Arcilla arenosa firme 22,5 0,05
Arcilla arenosa blanda 23,5 0
Limos firme 24,5 0,02
Limo blando 25,5 0
Arcilla orgánica, limo y
cieno, no fibroso
10 0
Turba 15 0
Nota: Recuperado de http://www.monografias.com/trabajos100/explotacion-eficiente-maquinarias-
construccion/image051.jpg
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Imagen 13. Curva típica de Desplazamiento Vertical Vs Desplazamiento Horizontal
Fuente: https://lh6.googleusercontent.com/-LY-vn6tZCcc/TWlpZdQ_z1I/AAAAAAAABXg/RLUbXDjWZjQ/s1600/5.gif
6.2 Consolidación
Tabla 2. Rango de valores típicos de permeabilidad (M. Das 2006)
Permeabilidad relativa Permeabilidad K (cm/s) Formación típica
Muy permeable Mayor que 10-1
Grava media a gruesa
Permeabilidad media 10-1
a 10-2
Arena gruesa a fina
Baja permebilidad 10-1
a 10-5
Arena fina, arena limosa
Muy baja permeabilidad 10-4
a 10-6
Limo, limo arcilloso, arcilla limosa
Impermeable Menos que a 10-7
Arcillas
Nota: Recupera de http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/7194/1/tesis374.pdf
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Tabla 3. Valores De Límites De Atterberg Para Tipos De Suelos
Tipo de suelo %LL %IP %IP
Arenas - No plástico No plástico
Limo 30 - 40 20 - 25 10 – 15
Arcilla 40 - 150 25 - 50 15 - 100
Nota: Recuperado de http://190.25.234.130:8080/jspui/bitstream/11227/248/1/Evaluaci
Imagen 14. Grado de consolidación medido en factor de tiempo
Nota: Recuperado de
http://albatros.uis.edu.co/eisi/ArchivosProfesores/U9186/CONSOLIDACION%20DE%20SUELOS%20.p
df
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Imagen 15. Grafica de relación de vacios vs esfuerzo efectivo
Fuente:
http://albatros.uis.edu.co/eisi/ArchivosProfesores/U9186/CONSOLIDACION%20DE%20SUELOS%20.p
df
Imagen 16. Simulación de la consolidación por medio DEL émbolo relleno de agua y sin salida
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Consolidaci%C3%B3n_de_suelos
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7 Edición y solución del ensayo
7.1 Corte directo
Lo primero que se realiza es calcular la fuerza normal inicial para cada una de las
muestras.
( ) ( ) ( )
Lo siguiente es hallar el área corregida de la muestra pero se debe tener el desplazamiento
horizontal en cada de las lecturas.
( )
( )
Ahora se halla la fuerza cortante y el esfuerzo cortante de cada una de las lecturas para
cada muestra.
= 0.2648 𝐾
= ( )
=
Seguido se calcula el desplazamiento vertical en cada de las lecturas para cada muestra.
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.𝑉 =( 𝑉 − 𝑉 1 ) 0.001 2.54
𝑆 𝑀 0.001 𝑦 2.54 𝑣 𝑃 .
Se prosigue hallar el esfuerzo normal para cada una de las lecturas de las todas las
muestras.
𝑁 = 𝑁 𝐼
Ahora se calcula la deformación Unitaria Horizontal y Vertical para cada lectura.
. 𝑈 = ( . − . 1)
𝑈 𝑉 = ( .𝑉 − .𝑉 1)
Para finalizar se realizan las gráficas correspondientes para los datos obtenidos en cada
una de las muestras.
De la Grafica Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal donde se toma los valores de
esfuerzo cortante máximo y su respectivo valor de esfuerzo cortante normal de cada muestra, se
obtiene la pendiente de la recta tangente con la que se calcula el Angulo de fricción y la cohesión
de la muestras.
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Tabla 4. Datos calculados Esfuerzo cortante VS Esfuerzo normal
Muestra Esfuerzo normal Máximo Esfuerzo Cortante Máximo
1 1.143 0,715
2 2.319 0.996
3 4.103 1.815
Nota: Fuente propia
Ecuación Obtenida
y = 0.3789x + 0.2201
R² = 0.9755
7.2 Consolidación
Para comenzar el desarrollo del ensayo lo primero que se hizo fue hacer las gráficas por
Taylor y por Casa grande, por ambos métodos se graficó en las ordenadas la deformación y por el
método de Taylor en las abscisas se graficaron los diferentes tiempos en escala logarítmica,
mientras que por casa grande se graficó la raíz del tiempo en el eje de las abscisas.
Por el método de Taylor el procedimiento realizado con el grafico fue, trazar primero una
línea ceñida a la curva en su mayor amplitud, posteriormente se hizo otra línea ceñida a la parte
final del gráfico, el cual se intersecta con la primer línea, de ahí se sacan los valores de t100 y
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d100, que sería el tiempo en el cual se logró el 100% de la consolidación y la deformación
máxima del material, seguidamente se toma 1 punto en la cima de la gráfica el cual llamare “A”,
será el punto de partida para encontrar los valores de t0 y d0, lo que se hizo teniendo el punto “A”
fue tomar el valor del tiempo en ese punto de la gráfica y multiplicarlo por 4, así se obtiene otro
punto en el esquema con el cual automáticamente se crea un delta con respecto a los
desplazamientos, dicho delta se le suma al punto inicial “A”, Así se obtienen los valores de t0 y
d0, ahora para hallar el d50 y t50 se procede usar la siguiente ecuación:
Ahora lo último que hace falta es encontrar Cv, el cual fue encontrado con la siguiente
ecuación:
𝑣
Para el método de Casa grande, como ya se había mencionado en las abscisas se debe
graficar la raíz cuadrada del tiempo, eso fue lo primero que se hizo, calcular las raíces de cada
uno de los valores en tiempo, en las ordenadas se graficaron los valores de deformación.
Posteriormente sobre la gráfica se traza una línea recta que marque un buena porción de la curva,
con esa grafica se obtiene un valor x en las abscisas el cual será multiplicado 1,5 veces para así
poder hacer una segunda línea, desde el inicio de la línea anterior hasta el valor resultado entre
x*1,5. De esta forma se obtiene el valor de t90, que es donde intersecan la gráfica y la segunda
línea, para el método de casa grande se necesita un valor estandarizado sacado de una gráfica
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realizada por casa grande. En este caso se optó por tomar como valor de T90=0,8. Por último se
necesita hallar Cv, El cual fue encontrado con la siguiente ecuación:
𝑣
NOTA: Los cálculos y graficas de corte directo y consolidación se pueden apreciar en detalle en el Anexo
1 y 2.
8 Descripción de lo que se hizo
Primero se realizó el ensayo de consolidación, para este es necesario tener una muestra
tomada con un tubo shelby, esta muestra será cortada con un anillo o molde el cual tiene medidas
estándar se quitan los excesos lo cuales se colocaran en un recipiente aparte para poner en el
horno y calcular la humedad de la muestra posteriormente, seguido el anillo con la muestra será
colocado en un molde el cual tendrá una piedra porosa en la parte inferior de la muestra y en la
parte superior, y por último se coloca la tapa con tornillos.
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Imagen 17. Corte con molde.
Fuente Propia
Imagen 18. Desbaste y excesos de la muestra.
Fuente Propia
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Imagen 19. Ingreso de muestra a el molde confinado.
Fuente Propia
Imagen 20.Tapado de molde con muestra.
Fuente Propia
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Imagen 21. Molde listo con muerta para ser montado en el equipo.
Fuente Propia
Imagen 22. Montado de muestra en equipo.
Fuente Propia
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Imagen 23. Colocación de agua y toma de medidas con deformimetro.
Fuente Propia
Una vez se tiene listo todo para el montaje se coloca el molde con la muestra tapada en el
equipo, a este se le debe colocar agua ya que el laboratorio se demora y se debe mantener la
humedad de la muestra. El equipo cuenta con una palanca que aumenta la carga según donde se
coloque esta, para nuestro caso se usó una palanca con relación 1:10, se hacen los cálculos
pertinentes para saber la masa que se debe colocar en la palanca y se desbloquea la misma, se
inicia la toma de datos teniendo en cuenta que se hace con la ayuda de un cronometro cada cierto
tiempo, por medio del deformimetro se va verificando cada vez que se mantenga constante la
deformación y en este momento se aumentara la carga, se realizara el mismo procedimiento hasta
terminar el ensayo
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El segundo ensayo que se realizo fue el ensayo de corte directo, para este ensayo se usa
una muestra circular o cuadrada, esta muestra debe ser colocada en un molde especial llamado
caja de corte el cual tiene piedra porosa arriba y bajo la muestra, él molde va a ser cargado con
una masa, al ser cargado este se desplazara, estos desplazamientos deben ser medidos
lateralmente con ayuda de un deformimetro, al iniciar se deben conocer las medidas de la muestra
y por ende su área.
Imagen 24. Equipo para ensayo de corte directo.
Fuente Propia
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Imagen 25. Muestra en molde
Fuente Propia
Imagen 26. Molde con muestra tapada.
Fuente Propia
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9 Discusión del error
Los errores principales en estos laboratorios son los humanos ya que casi todo lo que se
hace es por parte del laboratorista, los errores humanos se pueden ver desde una mala toma de la
muestra, error al tomar las medidas principales de esta, al igual cuando se deben tomar las
deformaciones cada cierto lapso de tiempo sobre todo en este paso es muy difícil la exactitud ya
que aunque el cronometro sirva a la perfección para nosotros no es tan fácil ser precisos, otro de
los errores que se puede ver es el de los equipos ya que estos si no están calibrados pueden hacer
variar el ensayo, por ejemplo el calibrador, la palanca donde se colocan las cargas o el
deformimetro.
Es claro que existen otros equipos más avanzados en los cuales solo es necesario al
laboratorista para preparar la muestra, colocarla en el equipo y programar el equipo, minimizando
de esta forma errores como los mencionados del cronometro o de las lecturas.
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10 Comparación de datos típicos
10.1 Corte directo
De acuerdo a los datos típicos descritos anteriormente encontramos que nuestra muestra
analizada en el laboratorio presenta las siguientes características.
Respecto al diagrama esfuerzo cortante vs Deformación horizontal que se asemeja a la
curva típica propuesta en la literatura, se obtuvo el esfuerzo cortante máximo en cada una de las
muestras.
Tabla 5. Esfuerzo cortante máximo para las muestras
Muestra Esfuerzo Cortante Max
1 0.715
2 0.996
3 1.815
Nota: Fuente Propia
De acuerdo a los datos obtenidos en cada una de las muestras, se obtiene el diagrama
típico de Tao (Esfuerzo Cortante) Vs Esfuerzo Normal, hallando la pendiente de la recta tangente
de esta grafica se obtiene el ángulo de fricción y la cohesión que presenta este tipo de Suelo.
Respecto al tipo de rotura obtenida en las muestras se observa una “Rotura Local” debido
al tipo de curva que se forma en el diagrama Esfuerzo Cortante vs Deformación Horizontal.
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Con el ángulo de Fricción y Cohesión alcanzada en este material se concluye que se
encuentra entre una arcilla Semidura y una arcilla media.
En relación a los parámetros obtenidos en el ensayo de corte directo entre los que se
encuentran esfuerzos, Desplazamientos, Deformaciones, Angulo de Fricción y cohesión. Se
infiere que este tipo de arcilla es de consistencia plástica y expansiva, lo cual presentaría
problemas de asentamiento si se quisiera realizar algún tipo de cimentación en este suelo.
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11 Aplicaciones
El ensayo de corte directo se usa muy frecuentemente en cualquier tipo de construcción
como edificios, estabilidad de taludes, puentes vías y otros, ya que con la ayuda de este ensayo se
puede determinar las propiedades de resistencia de los materiales drenados y consolidados, en
esta prueba se miden desplazamientos en corte vertical y horizontal, con este ensayo se determina
la cohesión, ángulo de fricción ; con este ensayo como se mencionaba anteriormente se halla la
resistencia al corte siendo este un parámetro fundamental para determinar el diseño de la
cimentación principal.
El ensayo de consolidación por otro lado es de gran importancia en la ingeniería civil una
que para iniciar una obra se deben hacer estudios previos de las características y propiedades de
los suelos, con el ensayo de consolidación podemos prever los diferentes problemas a causa de
la consolidación, conocer el comportamiento de los suelos al imponer cargas verticales sobre
este, calcular la magnitud del asentamiento total, cargas de pre consolidación entre otras.
El ejemplo más claro es cuando se construye una estructura o un terraplén que gracias a
los datos obtenidos por el ensayo de consolidación se determinan los diferentes tipos de suelos,
utilizados para desarrollar un estimado de tiempo y de velocidad y la cantidad de asentamientos
totales, variación de volúmenes y diversos diferenciales, ya que son de gran importancia ya que
nos ayuda a determinar el tipo de cimentación a la hora de darse la ejecución de cualquier
proyecto.
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12 Recomendación y valoración
Lastimosamente este laboratorio se tuvo que hacer muy por encima, debido a la
intervención del docente el tiempo con el que se contó para cada ensayo fue menor a 15 minutos;
el laboratorista tiene completo manejo del tema pero con un tiempo tan corto para le explicación
es muy difícil poder resolver todas las dudas.
Aunque el tiempo fue muy corto el laboratorista explico a grandes rasgos lo más
importante de los ensayos, los cálculos que se deben realizar y como se deben realizar las gráficas
además de la interpretación de estas.
Consideramos que la intervención del docente es importante pero debería mejorarse el
manejo del tiempo ya que la demora perjudico el correcto desarrollo del laboratorio.
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13 Bibliografía
Das, B. 1999, Brooks Cole. Fundamentos de Ingeniería Geotécnica.
Constructor Civil, 2010. Estabilización con cemento- mejoramiento del terreno. En:
http://www.elconstructorcivil.com/2013/02/estabilizacion-con-cemento-
mejoramiento.html
Wikipedia. 2013. Christian Otto Mohr. En: http://es.wikipedia.org/wiki/Christian_Otto_Mohr
Escuela de Ingeniería en Construcción. s.f. Ensayo de compresión no confinada (CNC). En:
http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/compresion_n
o_confinada.pdf
Nina Santana, R. 2009. Prueba de compresión simple o inconfinada. En: http://es.slideshare.
net/rns238/prueba-de-compresion-simple-o-inconfinada-p-d-f
Barrera López, R. 2013. Ensayo de compresión simple. En: http://es.slideshare.net/roman
barreralopez/ensayo-decompresinsimple
Chambi, J. 2012. Informe ensayo de compresión simple. En: http://es.slideshare.net/JorgeVizney
ChambiMamani/30512569-informeensayodecompresionsimple
La Guía. 2012. Mecánica de suelos – compresibilidad- Ensayos de compresión. En: http://fisica.
laguia2000.com/dinamica-clasica/fuerzas/mecanica-de-suelos-compresibilidad-ensayos-
de-compresion