informe final corte irecto

31-3-2015

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA

INFORME DE LABORATORIO

INTEGRANTES ALEJOS ASENCIO CAROL ROMERO ELIAS FRANK MoriSanchezOmayra

DOCENTE:

Málaga Cueva, Miguel Iván

TEMA

:

Ensayo Corte Directo

GRUPO:

A*

1

Practica Ing. Miguel Málaga

ÍNDICE

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………………………………2

OBJETIVOS……………………………………………………………………………………………………………………2

MARCO TEÓRICO………………………………………………………………………………………………………….3

PROCEDIMIENTO……………………………………………………………………………………………………………6

MATERIALES Y EQUIPOS………………………………………………………………………………………………7

RESULTADOS……………………………………………………………………………………………………………….12

DISCUCIONES………………………………………………………………………………………………………………14

CONCLUSIONES……………………………………………………………………………………………………………16

RECOMENDACIONES……………………………………………………………………………………………………17

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………………………………..18

ANEXOS……………………………………………………………………………………………………………………….19

MECANICA DE SUELOS

2


INTRODUCCION:

Con la elaboración de este informe, se describe el método de ensayo para la determinación de la resistencia al corte de una muestra de suelo, utilizando para ello un aparato de corte directo que simula la aplicación de las cargas reales a las que estará sometido el suelo.

El ensayo induce la falla a través de un plano determinado, sobre el que actúa un esfuerzo normal aplicado externamente debido a la carga vertical y un esfuerzo cortante originado de la aplicación de la carga horizontal.

Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones con las cuales podremos obtener la cohesión y el ángulo de fricción interna del suelo.

OBJETIVOS:

* La finalidad de los ensayos de corte es determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simule las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga

* Determinar la Cohesión y el Ángulo de Rozamiento Interno, que permitan establecer la resistencia al corte de los suelos ensayados

MECANICA DE SUELOS

3


MARCO TEORICO

En el presente informe se describe el método de ensayo para la determinación de la resistencia al corte de una muestra de suelo, utilizando para ello un aparato de corte directo que simula la aplicación de las cargas reales a las que estará sometido el suelo.

El ensayo induce la falla a través de un plano determinado, sobre el que actúan un esfuerzo normal aplicado externamente debido a la carga vertical y un esfuerzo cortante originado de la aplicación de la carga horizontal.

Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones con las cuales podremos obtener la tensión de corte mediante un gráfico, además podremos obtener la cohesión y el ángulo de fricción interna del suelo.

Cuando una estructura se apoya en la tierra, transmite los esfuerzos al suelo de fundación. Estos esfuerzos producen deformaciones en el suelo que pueden ocurrir de tres maneras:

Por deformación elástica de las partículas.

Por cambio de volumen en el suelo como consecuencia de la evacuación del líquido existente en los huecos entre partículas.

Por deslizamiento de las partículas, que pueden conducir al deslizamiento de una gran masa de suelo.

El primer caso es despreciable para la mayoría de los suelos, en los niveles de esfuerzo que ocurren en la práctica. El segundo caso corresponde al fenómeno de la consolidación. El tercer caso corresponde a fallas de tipo catastróficos y para evitarlas se debe hacer un análisis de estabilidad, que requiere del conocimiento de la resistencia al corte del suelo. El análisis debe asegurar, que los esfuerzos de corte solicitantes son menores que la resistencia al corte, con un margen adecuado de modo que la obra siendo segura, sea económicamente factible de llevar a cabo.

Ensayo de corte directo

La finalidad de los ensayos de corte, es 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.

Para conocer una de estas resistencias en laboratorio se usa el aparato de corte directo, siendo el más típico una caja de sección cuadrada dividida horizontalmente en dos mitades. Dentro de ella se coloca la muestra de suelo, se aplica una cara vertical de confinamiento (Pv) y luego una carga horizontal (Ph)

MECANICA DE SUELOS

4


creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando en corte de la muestra.

El ensayo induce la falla a través de un plano determinado. Sobre este plano de falla actúan dos fuerzas:

Esfuerzo normal (𝜎𝑛), aplicado externamete debido a la carga vertical (Pv)

Esfuerzo cortante (𝜏), debido a la aplicación de la carga horizontal.

Estos esfuerzos se calculan dividiendo las respectivas fuerzas por el área (A) de la muestra o de la caja de corte y deberían satisfacer la ecuación de coulomb: τ=c+𝜎𝑛×tan𝜙Según esta ecuación la resistencia a l corte depende de la cohesión (c) y la fricción interna del suelo (𝜙).

Al aplicar la fuerzas horizontal. Se van midiendo las deformaciones y con estos valores es posible graficar el esfuerzo de corte (𝜏) y la deformación unitaria, en el plano de este esfuerzo de corte.

MECANICA DE SUELOS

5


CLASIFICACION DE LOS ESAYOS DE CORTE DIRECTO:

Los ensayos de corte directo en el laboratorio se pueden clasificar en tres tipos según exista el drenaje y/o consolidación de la muestra, por tanto los valores de c y 𝜙 dependen esencialmente de la velocidad del ensayo y de la permeabilidad de suelo.

Ensayo no consolidado - no drenado (UU): 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 desarrollara exceso de presión de poros. Generalmente la recta intrínseca en el diagrama de 𝜏 – 𝜎 es horizontal, donde 𝜏=𝐶×𝑢. No se permite el drenaje de la muestra en todo el ensayo. Este ensayo es análogo al ensayo triaxial no consolidado-drenado.

Ensayo consolidado - no drenado (CU): en este ensayo se permite que la muestra drene o 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 será:

𝜏=𝑐𝐶𝑈+𝜎×tan(𝜙𝐶𝑈)=𝑐𝐶𝑈+(𝜎+µ)×tan(𝜙𝐶𝑈)

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: 𝜎=𝜎’, c=c’, 𝜙=𝜙’.

Para suelos no cohesivos, estos tres ensayos dan el mismo resultado, esté la muestra saturada o no, y por supuesto, si la tasa de aplicación de corte no es demasiado rápida. Para materiales cohesivos, lo parámetros de suelos están marcadamente influidos por el método de ensayo y por el grado de saturación, y por el hecho de que el material esté normalmente consolidado o sobre consolidado. Generalmente, se obtienen para suelos sobre consolidados dos conjuntos de parámetros de resistencia: un conjunto para ensayos hechos con cargas inferiores a la presión de pre consolidación y un segundo juegos para cargas normales mayores que la presión de pre consolidación.

MECANICA DE SUELOS

6


MATERIALES

Muestra de suelo no cohesivo.

EQUIPOS

Máquina de corte directo.

Caja o molde de metal donde se coloca la muestra.

Bloques o planchas de metal.

Deformímetro.

Pisón compactador.

Balanza de alta precisión.

Recipientes

Horno

PROCEDIMIENTO

5.1 Procedimiento de corte directo para la muestra alterada

MECANICA DE SUELOS

7


El ensayo de corte directo efectuado en laboratorio, consta de tres repeticiones para diferentes cargas para obtener los esfuerzos normales de 0.5, 1.0 y 2.0 kg/cm² los cuales son constantes durante los tres ensayos efectuados.

Inicialmente se toma una muestra (alterada) de suelo no cohesivo, se realiza la identificación correspondiente se miden las dimensiones del molde con el pie de rey y se pesa la cantidad de 117.5gr para luego introducirlo en el molde metálico.

Antes de introducir la muestra se coloca primero el papel filtro (en este caso papel bulky) para evitar perder muestra por las ranuras de los separadores.

Se coloca la muestra de suelo dentro del molde y se empieza a compactar con ayuda de un martillo hasta lograr alcanzar el espacio necesario para poder cerrar el sistema.

Seguido de esto se deja ingresar agua y se deja reposar por diez minutos para que el suelo alcance su estado crítico (suelo saturado).

Una vez lista la muestra se lleva a la máquina de corte directo y se realizan los ajustes (acomodo de billa, colocación de las pesas, poner en cero las lecturas del deformímetro y el dial) antes de encender el motor para inducir el plano de falla a partir de la fuerza lateral generada.

Ahora se aplica el esfuerzo normal constante (ya sea de 0.5, 1.0 o 2.0 Kg/cm²) y una fuerza lateral; finalmente se toman los datos de las lecturas del dial y deformación vertical a partir de las lecturas de deformaciones unitarias ya establecidas para este ensayo.

Se seguirá aplicando la carga a la muestra hasta que se produzca una de las siguientes situaciones:

La carga sobre el espécimen decrezca significativamente. La carga sobre el espécimen se mantenga constante por cuatro lecturas. La deformación sobre el espécimen sobrepase significativamente el 20% de la

deformación unitaria.

En gabinete realizamos los cálculos necesarios para poder realizar las gráficas y encontrar los parámetros de resistencia de un suelo (cohesión y ángulo de fricción).

Figuras 1, 2 y 3 Procedimientos para el ensayo de corte directo.

RESULTADOS:

Primer ensayo (σ=0.5 kg/cm2):

MECANICA DE SUELOS

8


0 2 4 6 8 10 120

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

ESFUERZO CORTANTE -DEFORMACION UNITARIA

σ=0.5 (kg/cm2)

Deformación unitaria (%)

Esfu

erzo

Cor

tant

e (k

g/cm

2)

Lectura dial Ɛ Fuerza horizontal Fuerza horizontal Esfuerzo cortante (P en lb) (P en Kg) (P/A en kg/cm2)

0 0 0 0 0 0 07.1 70 0.5 30 12.7583255 5.787079484 0.16075220811 40 1 60 16.247285 7.369644997 0.204712361

12.7 10 1.5 90 17.7681135 8.059481246 0.22387447914.2 80 2 120 19.110021 8.668160289 0.2407822315.5 50 2.5 150 20.2730075 9.195682127 0.25543561516 20 3 180 20.72031 9.398575142 0.2610715328.8 90 3.5 210 14.279154 6.476915733 0.1799143269.7 60 4 240 15.0842985 6.842123159 0.1900589778 30 4.5 270 13.56347 6.15228691 0.170896859

13.6 0 5 300 18.573258 8.424688672 0.2340191315.8 40 6 360 20.541389 9.317417936 0.25881716517.1 80 7 420 21.7043755 9.844939774 0.27347054917.1 20 8 480 21.7043755 9.844939774 0.27347054917.1 60 9 540 21.7043755 9.844939774 0.27347054917.1 0 10 600 21.7043755 9.844939774 0.273470549

40 11 660 80 12 720 20 13 780 60 14 840 0 15 900

Segundo ensayo (σ=1 kg/cm2):

Lectura dial Ɛ Fuerza horizontal Fuerza horizontal Esfuerzo cortante (P en lb) (P en Kg) (P/A en kg/cm2)

MECANICA DE SUELOS

9


0 0 0 0 0 0 09.5 70 0.5 30 14.9053775 6.760965953 0.1878046118 40 1 60 22.50952 10.2101472 0.283615218 10 1.5 90 22.50952 10.2101472 0.2836152

25.5 80 2 120 29.2190575 13.25354242 0.36815395632 50 2.5 150 35.03399 15.89115161 0.441420878

34.5 20 3 180 37.2705025 16.90561668 0.46960046337 90 3.5 210 39.507015 17.92008175 0.497780049

39.1 60 4 240 41.3856855 18.77223241 0.521450941 30 4.5 270 43.085435 19.54322587 0.542867385

42.5 0 5 300 44.4273425 20.15190491 0.55977513645 40 6 360 46.663855 21.16636998 0.587954722

45.2 80 7 420 46.842776 21.24752719 0.59020908945.9 20 8 480 47.4689995 21.53157741 0.598099372

46 60 9 540 47.55846 21.57215601 0.59922655646.5 0 10 600 48.0057625 21.77504903 0.604862473

47 40 11 660 48.453065 21.97794204 0.6104983947.8 80 12 720 49.168749 22.30257086 0.619515857

48 20 13 780 49.34767 22.38372807 0.62177022448.3 60 14 840 49.6160515 22.50546388 0.62515177448.3 0 15 900 49.6160515 22.50546388 0.625151774

0 2 4 6 8 10 12 14 160

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7


σ=1.0 (kg/cm2)


Esfu

erzo

Cor

tant

e (k

g/cm

2

Tercer ensayo (σ=2 kg/cm2):

Lectura dial Ɛ Fuerza horizontal Fuerza horizontal Esfuerzo cortante

MECANICA DE SUELOS

10


(P en lb) (P en Kg) (P/A en kg/cm2)0 0 0 0 0 0 0

35 70 0.5 30 37.717805 17.10850969 0.4752363845.5 40 1 60 47.1111575 21.369263 0.59359063953.5 10 1.5 90 54.2679975 24.61555123 0.68376531255.5 80 2 120 56.0572075 25.42712329 0.70630898

30 50 2.5 150 33.24478 15.07957955 0.4188772148 20 3 180 49.34767 22.38372807 0.62177022466 90 3.5 210 65.45056 29.68787659 0.824663239

80.5 60 4 240 78.4223325 35.57177401 0.98810483483.7 30 4.5 270 81.2850685 36.87028931 1.02417470385.6 0 5 300 82.984818 37.64128276 1.045591188

96 40 6 360 92.28871 41.86145746 1.162818263101 80 7 420 96.761735 43.89038761 1.219177434103 20 8 480 98.550945 44.70195966 1.241721102

100.5 60 9 540 96.3144325 43.68749459 1.213541516101 0 10 600 96.761735 43.89038761 1.219177434

101.2 40 11 660 96.940656 43.97154481 1.2214318102.4 80 12 720 98.014182 44.45848805 1.234958001

104 20 13 780 99.44555 45.10774569 1.252992936104.9 60 14 840 100.2506945 45.47295312 1.263137587108.2 0 15 900 103.202891 46.81204702 1.300334639

0 2 4 6 8 10 12 14 160

0.20.40.60.8

11.21.4


σ=2.0 (kg/cm2)


Esfu

erzo

Cor

tant

e (k

g/cm

2

MECANICA DE SUELOS

11


0 2 4 6 8 10 12 14 160

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

COMPARATIVO DE LOS TRES ENSAYOS

σ=0.5 (kg/cm2)σ=2 (kg/cm2)σ=1 (kg/cm2)


Esfu

erzo

Cor

tant

e (k

g/cm

2)

CURVA ESFUERZO NORMAL – ESFUERZO CORTANTE:

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.20

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

f(x) = 0.249751639278612 x + 0.102702262060163R² = 0.908022040738677

ESFUERZO NORMAL VS ESFUERZO CORTANTE

MECANICA DE SUELOS

12


CALCULO DEL ANGULO DE FRICCION Y LA COHESION

DATOS DE LA MUESTRA DEL SUELO:

Lado (cm): 6

Área (cm2): 36

Peso seco (gr):121.20

Peso húmedo (gr):122.45

ϒ seco (g/cm3):1.55

Porcentaje de humedad (%):1.03%

DISCUSIONES:

MECANICA DE SUELOS

Y=0.2498x + 0.1027

TAN(ɸ) =0.2498

ANG. DE FRICCION INTERNA (ɸ)=14.03°

COHESION= 0.1027

13


-La ecuación de la gráfica ESFUERZO CORTANTE - ESFUERZO NORMAL es: y = 0.2498x +0.1027, se aprecia que se tiene un valor positivo pero de un valor pequeño con respecto a la cohesión. También se observa que los puntos de los esfuerzos de 0.5 y 2.00 kg/cm2 están más próximos a la línea de regresión.

-La ecuación y = 0.2498x +0.1027 nos expresa una tangente igual a0.2498, con este dato podemos determinar la fricción interna del suelo la cual nos da la relación entre la fuerza resistente al deslizamiento y la fuerza normal aplicada. Pero para este ensayo la muestra es arena por lo que la cohesión tendría que ser cero debido a que la cohesión es propia de las arcillas.

En la gráfica del esfuerzo cortante la magnitud del descenso del esfuerzo cortante después de llegar al valor máximo,va en aumento debido a un posible índice de plasticidad, esto viene a ser el esfuerzo residual, en el caso del suelo, no como otros materiales, después de alcanzar un valor máximo de esfuerzo, continuará resistiendo una carga.

CONCLUSIONES:

-Se determinó el ángulo de fricción interna con un valor de 14.03ᵒ y una cohesión de 0.1027.La humedad fue de 1.03% y como se sabe que la muestra es arena y un poco de arcilla (suelo fino).Por lo tanto podemos clasificar el suelo como SC (arena arcillosa)

-Se concluye que los esfuerzos normales y cortantes están relacionados de una manera directamente proporcional.

-Al aumentar la carga vertical al ensayo el volumen del mismo disminuye aumentando su densidad, reduciendo el espacio entre poros.

En este ensayo el suelo no tiene un comportamiento real, se generará una superficie de falla generada por la caja de corte. El suelo tendrá que fallar en su punto más débil y no en el punto óptimo de donde obtenemos la recopilación de datos.

MECANICA DE SUELOS

14


RECOMENDACIONES:

- -Realizar la aplicación de la carga horizontal de manera lenta para evitar que nuestra muestra se vea afectada en gran medida por la presión de poros.

- Si no hay una precisión en la toma de datos, esto alteraría la curva de esfuerzo-axial y esfuerzo-cortante, alterando así los valores de cohesión y ángulo de fricción interna, esto nos dificultaría la identificación del tipo de suelo.

- Deben ser lo suficientemente resistente los marcos que contienen la muestra, esto para prevenir alguna distorsión en el momento del ensayo.

- Ya que el área de la muestra varía a medida que el ensayo progresa, pero esto no es significativo cuando las muestras fallan a deformaciones muy bajas por ello no se toma en cuenta un área corregida.

BILIOGRAFÍA:

o R.P.C. MORGAN (1995). Erosión y conservación del suelo. LongmanGroupLimited. España. Pág. 77.

o E.BOWLES, Joseph (1982). “Propiedades geofísicas de los suelos”. Traducido de

la primera edición. Editorial McGraw-Hill. Impreso en Bogotá Colombia.

o BRAJA M. Das (2011). “Fundamentos de ingeniería Geotécnica”. Segunda edición.

Thompson Editores, S.A. Impreso en México.

o E. BOWLES, Manual de laboratorio de suelos en Ingeniería Civil. Editorial

McGraw-Hill. Impreso en Bogotá Colombia.

MECANICA DE SUELOS

15

Practica Ing. Miguel MálagaMECANICA DE SUELOS

informe final corte irecto

Documents