ensayo de corte directo y su aplicacion

pg. 1 INGENIERA CIVIL

ENSAYO DE CORTE DIRECTO Y SU APLICACIN

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

S DOCENTE :

ING. ROBERTO CARLOS CASTILLO VELARDE

CURSO :

MECNICA DE SUELOS I

ALUMNO :

VILLEGAS DELGADO,

MANUEL

2015



INDICE

I. INTRODUCCION3

1.1. Problema.........4

1.2. Antecedentes......4

II. OBJETIVOS........4

2.1. Generales4

2.2. Especficos.........4

III. MARCO TERICO........5

3.1. Incidencia del suelo en la estructura...5

3.2. Tensiones....6

3.3. Concepto de friccin..6

3.4. Concepto de cohesin......9

3.5. Tensiones internas....10

IV. NOCIONES BASICAS DEL ENSAYO.......11

4.1. Nociones bsicas de la mquina de corte...11

4.2. Funcionamiento de la mquina de corte..11

4.3. Muestra del ensayo.13

4.3.1. preparacin de la muestra.......14

4.4. Procedimiento experimental...16

V. APLICACIONES DEL ENSAYO......18

5.1. Proyecto Edificio Abancay Junn......18

5.2. Datos generales de la obra......18

5.3. Datos obtenidos..20

5.3. Resultados obtenidos....25

VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES....26

VII. BIBLIOGRAFA....27



I. INTRODUCCION

Toda estructura se apoya sobre el suelo y transmite esfuerzos a este, generando

deformaciones variables dependiendo del tipo de carga y tipo de suelo. Debido

a esto se producen, en el suelo, reacciones que van desde deformaciones

menores (prcticamente despreciables), hasta fallas de grandes deslizamientos

de tierra. Entre ambos casos extremos tambin est presente el fenmeno de la

consolidacin, ya que los esfuerzos de la estructura expulsan el agua intersticial

entre las partculas del suelo.

Cuando existe algn tipo de falla en la relacin estructura suelo, ya sea por

esfuerzos excesivos de la estructura sobre el suelo o por empujes que genera el

suelo sobre la estructura, se producen efectos adversos como el deslizamiento

o volcamiento de sta.

Para la mayora de los casos en el que se analiza la resistencia al corte del suelo,

es necesario poseer ciertos datos que son propiamente del material y no de la

ubicacin o distribucin, como lo es su ngulo de rozamiento, su densidad y

eventualmente la cohesin.

Dado que el suelo es muy importante en el aspecto constructivo, es que surge

la necesidad de estudiar su comportamiento frente a los esfuerzos que se

producen, para ello en este informe se estudiar el ensayo de corte directo, su

importancia, su funcionamiento y su aplicacin.



1.1. Problema

Existe una serie de parmetros referentes al terreno que son indispensables

en cualquier construccin u obra de ingeniera civil. Muchos de estos

parmetros se obtienen a partir de ensayos realizados en laboratorio.

La finalidad del ensayo de corte directo, es determinar la resistencia de una

muestra de suelo, sometida a fatiga y/o deformaciones las que existen o

existirn en el terreno producto de la aplicacin de una carga.

1.2. Antecedentes

El ensayo de corte directo es el ms antiguo de los ensayos de

mecnica de suelos, y todava hoy se contina utilizando.

II. Objetivos

2.1. Generales

Comprender el proceso del ensayo de corte directo para la obtencin de los

parmetros que nos permita obtener la capacidad portante.

Conocer los conceptos de esfuerzo cortante del suelo de fundacin.

Conocer las importantes aplicaciones del ensayo de corte directo.

2.2. Especficos

Determinar el ngulo de friccin interna y la cohesin por medio del ensayo

de corte directo.



III. MARCO TERICO

3.1. INCIDENCIA DEL SUELO EN LA ESTRUCTURA

Cuando sometemos una masa de suelo a un incremento de presiones

producida por algn tipo de estructura u obra

de ingeniera, se generan en el suelo en

cuestin, esfuerzos que tratarn de mantener

el equilibrio existente antes de aplicada la

solicitacin externa.

Cuando la carga exterior aplicada tiene una

magnitud tal que supera a la resultante de los

esfuerzos interiores de la masa de suelos, se

romper el equilibrio existente y se producir lo que denominaremos, de aqu

en adelante, Planos de Falla o de deslizamiento que no son otra cosa que

planos en los cuales una masa de suelo tuvo un movimiento relativo respecto

de otra. Es decir, que en estos planos de falla, las tensiones internas

originadas por una solicitacin externa

sobrepasaron los lmites mximos de las

tensiones que podra generar el suelo en

las condiciones en que se encuentra.

En la fotografa que se adjunta en la figura

2, podemos observar la forma de la rotura

de una base en arena, se aprecia en ella que

no difiere del esquema representado en la figura 1.

Figura1. Esquema de falla de una

fundacin directa

Figura2. Falla de una base apoyada

sobre un manto de arena



3.2. TENSIONES

En todos los casos las solicitaciones internas que se pueden generar son

tres:

Tensiones normales ()

Tensiones tangenciales ()

Tensiones neutras (u)

Las primeras pueden ser de compresin o de traccin y actan siempre en

forma normal al plano que estamos considerando.

Las segundas son las tensiones de corte y se ubican siempre en forma

paralela y coinciden con el plano considerado.

La tercera en cambio se debe al incremento o decremento de presin que

se produce en el agua de los poros del suelo, cuando el plano que

consideramos se encuentra sumergido y como es una presin hidrosttica

acta en todas direcciones.

Tambin es til que recordemos en este prrafo la diferencia existente entre

las tensiones normales y las tensiones principales, como sabemos, las dos

actan en forma normal al plano considerado, con la diferencia que las

Tensiones Principales son tensiones normales a planos en los cuales las

tensiones tangenciales son nulas.

3.3. CONCEPTO DE FRICCION

Volviendo ahora a nuestro ejemplo anterior

de la Fig. 1 y 2, si observamos con mayor

detalle una porcin de lo que denominamos

Plano de Falla veremos que el mismo no

atraviesa los granos del mineral que

conforman la masa de suelos (Fig. 3a) sino

que el deslizamiento que se produce ocurre entre

grano y grano (Fig. 3b) lo que equivale a decir que la resistencia que ofrece

Figura3. Friccin intergranular



una masa de suelo frente al deslizamiento de la otra, tiene que ver con las

fuerzas friccionales que se desarrollan entre los granos que la componen.

Se entiende tambin, en este aspecto que cuanto ms granos entren en

contacto entre s por unidad de superficie, mayor ser el esfuerzo necesario

para que ocurra el deslizamiento (Interviene ac la compacidad del suelo, o la

relacin de vacos del mismo).

En este mismo sentido, se deduce fcilmente que cuanto ms angulosos y

trabados se encuentren los granos y cuanto mayor sea el coeficiente friccional

del material que lo compone, mayores sern las fuerzas friccionales que

desarrollar (comparemos por ejemplo las arenas con las arcillas).

Para interpretar mejor el fenmeno analicemos el plano OA que se muestra en

la Fig. 4 el cual se encuentra articulado en O de tal forma que el ngulo a

pueda variarse a voluntad.

Si sobre este plano apoyamos un cuerpo de peso W y cuya rea de contacto

con el plano sea el rea A, para un valor cualquiera del ngulo tendremos

una fuerza F = W sen, que tratar de deslizar el cuerpo sobre el plano.

A esta fuerza F se le opondr otra igual y de sentido contrario fn, que

depender de las caractersticas friccionales de los materiales.

Si aumentamos paulatinamente el ngulo , llegar un momento en que F = fn

en este momento diremos que el deslizamiento es inminente ya que se ha

alcanzado el valor mximo de la fuerza de friccin, a este ngulo = lo

denominamos ngulo de friccin del material y lo representaremos con la letra

.



Este simple ejemplo, conocido como el plano inclinado, nos permite obtener las

siguientes conclusiones:

a) La magnitud de la fuerza de friccin disponible es directamente proporcional

a la fuerza normal al plano de deslizamiento y al ngulo de friccin del

material . Si uno de estos dos valores es nulo, no hay fuerza de friccin.

b) Si la magnitud de la fuerza que intenta producir el desplazamiento es menor

que N.tg, solo se pone de manifiesto una parte de la fuerza friccional fn

disponible y por lo tanto no hay deslizamiento.

c) El ngulo de friccin del material f es el valor lmite del ngulo de oblicuidad

.

Estas conclusiones pueden extrapolarse a otras situaciones. Supongamos el caso

de una arena limpia y seca, o sea en la que no exista ninguna fuerza de unin

entre sus granos (no hay cohesin).

El mximo ngulo con el que se podr construir un talud con dicha arena tendr

un ngulo con respecto a la horizontal ya que a un grano de arena apoyado

sobre este talud se le podra aplicar el mismo esquema de la Fig. 4. A este ngulo

se lo denomina en Mecnica de los Suelos ngulo de friccin interna del

material.

En arenas y otros materiales sin cohesin, la resistencia al deslizamiento sobre

cualquier plano a travs del material se basan en las consideraciones

anteriormente expuestas, es decir, que depende de la presin normal al plano y

del ngulo de friccin interna.

Figura4. Plano inclinado



Sin embargo la resistencia friccional en arenas es algo ms compleja que lo que

hemos visto en cuerpos slidos; ya que es la suma de una resistencia friccional

entre sus granos y de otra friccin debida al rodamiento de los mismos.

En las arenas limpias donde no hay adhesin u otra forma de unin entre sus

granos, el trmino de friccin es sinnimo de resistencia al corte, ya que como

habamos visto en la en la Fig. 4 tenamos que:

=

Si dividimos por el rea A de contacto tendremos:

=

= (1)

Debemos tener en cuenta sin embargo que en los casos en que la masa de suelo

est saturada, las tensiones internas que se originarn por la aplicacin de

esfuerzos externos, sern una combinacin de tensiones intergranulares efectivas

y de presiones neutras o de agua de poros. Por lo tanto, en estos casos, deber

tenerse presente que la frmula anterior es vlida, o est deducida para el caso de

esfuerzos efectivos, por lo que la frmula anterior quedar reducida a la siguiente

expresin:

= (2)

Donde como sabemos = ( u) es la tensin efectiva. Esta ecuacin, as como

est, no es aplicable a cualquier caso o tipo de suelos ya que est deducida para el

caso de arenas limpias sin ningn tipo de adhesin entre sus granos.

3.4. CONCEPTO DE COHESION

Se define como la atraccin relativa entre partculas similares la que da

tenacidad y dureza a un suelo hacindolo resistente a su separacin. Las

partculas minerales con carga de distinto signo, se atraen entre s con

tenacidad proporcional a dichas cargas a sus masas. Esta propiedad fsica de

atraccin, es de importancia en la dinmica del suelo por que origina la



tenacidad como forma de resistencia a la separacin de sus elementos o a la

penetracin de las herramientas de corte.

La capacidad de resistencia del suelo al corte, se modifica segn sus

caractersticas, el grado de humedad y

la consolidacin. Fundamentalmente el

contenido de humedad hace que el

suelo pase por diferentes estados: duro

o consolidado, friable o desmenuzable,

plstico y lquido. Las zonas de

separacin corresponden a los lmites

de retraccin que se usan para valorar el

comportamiento del suelo. Utilizando estos lmites y estudiando la variacin de

la cohesin de las partculas de suelo, a medida que aumenta el contenido de

humedad puede cuantificarse el estado ptimo para realizar una labor.

De esta forma la ecuacin (2) toma la siguiente forma general conocida como Ecuacin de Coulomb:

= + .(3)

3.5. TENSIONES INTERNAS

Dado que el deslizamiento que se produce en la rotura de una masa de suelos,

no est restringido a un plano especficamente determinado, debemos conocer

las relaciones que existen entre las distintas tensiones actuantes sobre los

diferentes planos que pasan por un punto dado.

Sobre todo plano que pasa a travs de una masa de suelos actan, en general,

tensiones normales () y tensiones de corte (). Las primeras corresponden a la

componente de la resultante de las fuerzas actuantes normal al plano

considerado, por unidad de rea del plano. Las segundas son la componente

tangencial al plano, por unidad de rea del mismo plano.

Figura5. Capilaridad entre dos granos de arena



Se denomina plano principal a aquellos sobre los cuales solo actan

tensiones normales, es decir donde las tensiones de corte son nulas; las

tensiones normales que actan sobre los planos principales se denominan

tensiones principales. Para que en un plano acten nicamente tensiones

normales y sean nulas las tensiones de corte, evidentemente debe ser nulo el

ngulo de oblicuidad a de la figura 4.

IV. NOCIONES BSICAS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO

4.1. Funcionamiento de la mquina de corte

Dicho aparato se esquematiza en la Fig.6. Bsicamente este consta de dos

marcos que contiene a la muestra. El marco inferior es fijo, mientras que el

superior puede desplazarse en forma horizontal. Las muestras a ensayar en este

aparato de corte son de forma prismtica.

Figura6. Mecanismo del ensayo de corte



Una vez que hemos recortado la muestra se la coloca dentro de la cavidad que

forma los dos marcos, de tal manera que la mitad de su altura h quede

comprendida en cada uno de ellos.

En la parte superior e inferior de la misma se coloca un colchn de arena para

permitir el drenaje y para permitir un mejor asiento de la probeta, que como dijimos

se recorta lo mejor posible de una Dama de suelo inalterado, y que en los casos

de suelos cohesivos, no siempre se puede lograr una superficie perfectamente

lisa.

Posteriormente sometemos a la probeta, a travs de una placa de distribucin de

tensiones que se coloca en la parte superior de la misma, a la accin de una carga

vertical P1 que desarrolla una tensin normal n1.



4.2. Equipos y materiales

Fig. 7: Equipo de corte Fig.8: Caja de corte

Fig.9: Esptula

Fig. 10: Cuchillo Fig. 11: Martillo de goma Fig.12: Deformmetro

Fig. 13: Cronmetro Fig.14: Tornillos



4.3. Muestra del ensayo

Si se usa una muestra inalterada, debe ser lo suficientemente grande

para proveer un mnimo de tres muestras idnticas.

El dimetro mnimo para muestras circulares o el ancho mnimo para

muestras cuadradas debe ser alrededor de 50mm o 10 veces mayor

que el dimetro del tamao mximo de las partculas, cualquiera que

sea la mayor.

El espesor mnimo de la muestra de ensayo debe ser alrededor de

25mm.

La relacin mnima dimetro/espesor, ancho/espesor segn la

muestra debe ser de 2:1.

4.3.1. PREPARACION DE LA MUESTRA

1. Se utiliza muestras obtenidas de bloques

inalterados o mediante tubos muestreadores.

2. Insertar el anillo cortante en el bloque de la

muestra inalterada, y luego cortar tres muestras.



3. Enrasar las superficies planas de las muestras

con un cuchillo y llenar los vacos con el material

recortado.

4. Extraer la muestra del anillo cortante y

determine la altura inicial y el dimetro.

5. Pesar la masa inicial de cada una de las

muestras y determinar el contenido de humedad

inicial.



4.4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL SEGN NORMA ASTM D 3080

1. Ensamble la caja de corte colocando las piedras

porosas, el papel de filtro.

2. Asegure la caja de corte con los tornillos de

alineacin, centre la placa de transferencia de

carga y coloque la caja en el dispositivo de corte.

3. Conecte y ajuste el sistema de corte, coloque los

LVDT horizontal y vertical, llenando la con agua

la caja de corte.

4. Calcule las cargas normales para obtener los

esfuerzos normales deseados.



5. Aplique la carga normal, agregando masa al

brazo de palanca (0.5, 1, 2, kg/cm2). Luego

registre las lecturas verticales en funcin del

tiempo transcurrido.

6. Graficar la curva deformacin vertical vs

logaritmo del tiempo.

7. Quitar los tornillos y levantar el anillo 0.64m, luego determinar el tiempo total para que se

produzca la falla medieande la siguiente ecuacion: tf = 50t50 donde:

tf es el tiempo total estimadado para alcanzar la falla min. 10min para arenas densas y

limpias.



V. APLICACIONES DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO

5.1. PROYECTO EDIFICIO ABANCAY JUNIN

5.1.1. Datos generales de la obra

En el proyecto Edificio Abancay Junn todos los trabajos de campo fueron

realizados por el personal tcnico y se programaron de tal manera que toda el

rea e investigacin fuera cubierta. As, se excavaron tres calicatas a cielo

abierto, la cual se profundiz hasta un mximo de 10m.

Estos sondajes se ubicaron de tal forma que permitan establecer una

informacin estratigrfica adecuada para adoptar los criterios de cimentacin

para la estructura.

Se tomaron muestras disturbadas a lo largo de las excavaciones, en cantidades

suficiente para su anlisis. Previamente se identificaron los suelos, mediante

procedimientos manuales de campo, tales como la dilatancia (reaccin de

agitamiento), la resistencia en estado seco (caractersticas de rompimiento).

Luego se extrajeron muestras representativas para los ensayos especiales de

Corte Directo y otros ensayos de laboratorio.

No se encontraron presencia de napa fretica.

5.1.2. Ubicacin del rea de Estudio

El rea de estudio se encuentra ubicada en la Av. Abancay con Jr. Junn,

Distrito Cercado de Lima Departamento de Lima.



5.1.3. Acceso al rea de Estudio

El rea de estudio est situada en el rea urbana del Distrito de Lima.

El acceso es a travs de autos o taxis.

5.1.4. Problema

Como determinar el ngulo de friccin interna del suelo, la cohesin y el esfuerzo

cortante del suelo.

Ubicacin del rea de estudio



5.2. Datos obtenidos

- Muestra N1

Datos de la muestra

Lado (cm) 6

Altura (cm) 2

rea (cm2) 36

Volumen (cm3) 72

Velocidad de carga (mm/min) 0.5

Tabla de deformaciones

Tiempo

(min)

Desplaz.

Horiz.(cm)

Area corr.

(cm2)

Fuerz.

Corte (kg)

Esf. Corte

(kg/cm2)

0.000 0.000 36.000 0.000 0.000

0.500 0.025 35.850 8.704 0.274

1.000 0.050 35.700 13.391 0.412

1.500 0.075 35.550 26.805 0.503

2.000 0.100 35.400 45.307 0.599

2.500 0.125 35.250 62.939 0.612

3.000 0.150 35.100 77.670 0.605

3.500 0.175 34.950 85.214 0.545

4.000 0.200 34.800 71.197 0.499



Del grfico podemos obtener = 0.612

- Muestra N 2

Datos de la muestra

Lado (cm) 6

Altura (cm) 2

rea (cm2) 36

Volumen (cm3) 72



Tiempo

(min)

Desplaz.

Horiz.(cm)

Area corr.

(cm2)

Fuerz.

Corte (kg)

Esf. Corte

(kg/cm2)

0 0 36 0 0

0.5 0.025 35.85 14.284 0.067

1 0.05 35.7 22.319 0.097

1.5 0.075 35.55 31.916 0.114

2 0.1 35.4 43.299 0.135

2.5 0.125 35.25 53.565 0.165

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250

ESFU

ERZO

CO

RTA

NTE

DESPLAZAMIENTO

ESFUERZO DE CORTE VS DESPLAZAMIENTO




3 0.15 35.1 62.716 0.189

3.5 0.175 34.95 70.528 0.231

4 0.2 34.8 77.224 0.278

4.5 0.225 34.65 82.134 0.289

5 0.25 34.5 83.919 0.321

5.5 0.275 34.35 72.313 0.325

6 0.3 34.2 52.896 0.316

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5

EFU

ERZO

DE

CR

TE

DEFORMACION

ESFUERZO DE CORTE VS DEFORMACION



- Muestra N3

Datos de la muestra

Lado (cm) 6

Altura (cm) 2

rea (cm2) 36

Volumen (cm3) 72



Tiempo

(min)

Desplaz.

Horiz.(cm)

Area corr.

(cm2)

Fuerz.

Corte (kg)

Esf. Corte

(kg/cm2)

0.000 0.000 36.000 0.000 0.000

0.500 0.025 35.850 11.159 0.124

1.000 0.050 35.700 22.096 0.170

1.500 0.075 35.550 24.551 0.176

2.000 0.100 35.400 34.996 0.211

2.500 0.125 35.250 46.423 0.267

3.000 0.150 35.100 57.360 0.273

3.500 0.175 34.950 68.296 0.310

4.000 0.200 34.800 80.795 0.402

4.500 0.225 34.650 94.632 0.499

5.000 0.250 34.500 111.148 0.595

5.500 0.275 34.350 126.995 0.687

6.000 0.300 34.200 141.502 0.721

6.500 0.325 34.050 156.233 0.785

7.000 0.350 33.900 169.624 0.879

7.500 0.375 33.750 178.552 0.956

8.000 0.400 33.600 181.364 0.951




0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450

ESFU

ERZO

DEFORMACION

ESFUERZO DE CORTE VS DEFORMACION



5.3. RESULTADOS OBTENIDOS

Calculamos el ngulo de friccin interna:

= . Entonces el ngulo de friccin interna ser:

= (. ) = .

De la ecuacin de esfuerzo cortante se tiene que la cohesin (c) es cero

Muestra Esfuerzo de

corte

mximo

Esfuerzo

normal

N1 0.325 0.5

N2 0.612 1.0

N3 0.956 1.5

y = 0.631x

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

ESFU

ERZO

CO

RTA

NTE

(k

g/cm

2)

ESFUERZO NORMAL (kg(cm2)

ESFUERZO CRTANTE MAXIMO VS ESFUERZO NORMAL



VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

- Conclusiones:

El ensayo de corte directo es relativamente fcil de llevar a cabo y muy

importante para determinar el esfuerzo cortante.

En el ensayo de corte del proyecto Edificio Abancay Junn se obtuvo

un ngulo de friccin interna () de 32.25 y una cohesin (c) de cero

esto quiere decir que el suelo se puede clasificar como grava limosa, un

suelo apto para cimentar.

Es de suma importancia conocer el esfuerzo cortante de un suelo ya

que en base a esto se va a determinar la capacidad portante del mismo

y de esta manera prevenir deslizamientos, prdidas humanas y prdidas

econmicas.

- Recomendaciones

Se recomienda que antes de iniciar una obra de construccin civil se

debe realizar los ensayos correspondientes talos como ensayos de corte

para determinar los esfuerzos cortantes de ese suelo.

Tener cuidado en leer las deformaciones, clculo de reas, en el

momento de pesar los especmenes, etc. De lo contrario se va a

presentar errores en los clculos.



VII. BIBLIOGRAFIA

https://prezi.com/ypcblund2p8y/resistencia-a-esfuerzo-cortante/

http://repositorio.sibdi.ucr.ac.cr:8080/jspui/bitstream/123456789/939/1/278

47.pdf

http://es.slideshare.net/GisselaCosioOrmachea/corte-directo?related=2

http://repository.upb.edu.co:8080/jspui/bitstream/123456789/2094/1/digital

_23485.pdf

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/espinosa_b_r/capitul

o2.pdf

ensayo de corte directo y su aplicacion

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