la 45604371 ensayo-de-corte-directo

Universidad Nacional de

Cajamarca

Facultad de Ingeniería

Escuela Académico Profesional de

Ingeniería Civil

ASIGNATURA : MECANICA DE SUELOS II

DOCENTE : ING. RAÚL VALERA GUERRA

ALUMNOS : CAMPOS ASMAT, Karina

HERNÁNDEZ MEJÍA, William

MONTOYA LÓPEZ, Nelson

NUÑEZ BARBOZA, Luis Iván

OCAMPO ROJAS, Richard

ROMERO URRUNAGA, Jazmín

SILVA TARRILLO, José Luis

CICLO : VI

GRUPO : A

Cajamarca noviembre del 2010

RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE DE LOS SUELOS ING. CIVIL

MECANICA DE SUELOS II Página 2

PRÁCTICA N°03:

ENSAYO DE CORTE DIRECTO

ASTM D3080-90

INDICE

I) INTRODUCCIÓN:

……………………………………………………………………..……..(3)

II) OBJETIVOS:

……………………………………………………………………………(3)

III) MATERIALES:

…………..………………………………………………………………. (4)

IV) MARCO TEÓRICO:

……………………………………………………………………….…. (6)

ESFUERZO CORTANTE DE LOS SUELOS……………………………. (6)

V) PROCEDIMIENTO:

…………………………………………………………………….…….(12)

VI) CALCULOS.

........................................................................................................(14)

VII) RESULTADOS:

………………………………..…………………………………..……..(10)

VIII) CONCLUSIONES:

………………………………………………………………..…….….(12)

IX) BIOGRAFÍA:

………………………………………………..………….……………..(12)



I. INTRODUCCION

La evaluación de la resistencia al esfuerzo normal y cortante

del suelo, permite cuantificar parámetros necesarios para

solucionar problemas relacionados con la resistencia del terreno,

que nos permite analizar problemas de la estabilidad de suelos

tales como: el estudio de estabilidad de taludes para carreteras,

la determinación de la capacidad de soporte en cimentaciones,

la presión lateral sobre estructuras de retención de tierras.

En presente informe de laboratorio realizado por nosotros,

alumnos de la Universidad Nacional de Cajamarca, de la

Escuela Académico Profesional de Ing. Civil, en donde

presentamos uno de los tres ensayos para determinar la

resistencia al esfuerzo cortante de suelo, como es el ensayo de

corte directo que es un ensayo más preciso que el ensayo de

compresión simple pero poco menos que el ensayo de

compresión triaxial, pero su estudio es indispensable ya que los

resultados son aproximados y nos pueden dar una idea del

comportamiento de suelo al ser sometido a esfuerzos(cortante y

normal), a continuación aremos un ensayo con un tipo de suelo

utilizando este tipo de ensayo y observaremos los resultados.

II. OBJETIVOS.

GENERAL.

Determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad portante del

suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.

ESPECIFICOS.

Determinar el ángulo de fricción interna.

Determinar la cohesión.



III. QUIPOS Y MATERIALES

a) Equipo de Corte

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

tornillos de seguridad)

Mitad Superior e inferior

Placa Superior



Placa inferior

Tornillos de seguridad

c) Equipo compactador



d) Molde

e) Cronómetro

f) Deformímetro



g) Espátula



IV. MARCO TEORICO.

ESFUERZO CORTANTE EN SUELOS

Resistencia al corte de un suelo

Esta resistencia del suelo determina factores como la estabilidad de un talud, la

capacidad de carga admisible para una cimentación y el empuje de un suelo

contra un muro de contención.

Ecuación de falla de Coulomb (1776)

Coulomb observó que si el empuje de un suelo contra un muro produce un

desplazamiento en el muro, en el suelo retenido se forma un plano recto de

deslizamiento. Él postuló que la máxima resistencia al corte, 𝜏𝑓, en el plano de

falla, está dada por:

𝜏𝑓 = 𝑐 + 𝜎 𝑡𝑔 𝜑 − − − − − − − (1)

𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒:

𝜎 = 𝐸𝑠 𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎.

𝜑 = 𝐸𝑠 𝑒𝑙 á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 (𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑗𝑒𝑚𝑝𝑙𝑜,𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎)

𝑐 = 𝐸𝑠 𝑙𝑎 𝑐𝑜ℎ𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 (𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑗𝑒𝑚𝑝𝑙𝑜,𝑎𝑟𝑐𝑖𝑙𝑙𝑎).

Esta es una relación empírica y se basa en la Ley de Fricción de Amonton para

el deslizamiento de dos superficies planas, con la inclusión de un término de

cohesión c para incluir la Stiction propia del suelo arcilloso. En los materiales

granulares, c = 0 y por lo tanto:

𝜏𝑓 = 𝜎 𝑡𝑔 𝜑 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑔𝑟𝑎𝑛𝑢𝑙𝑎𝑟 − − − − − − − − − −(2)

Contrariamente, en suelos puramente cohesivos, 𝜑 = 0, luego:

𝜏𝑓 = 𝑐 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑐𝑜ℎ𝑒𝑠𝑖𝑣𝑜 𝑝𝑢𝑟𝑜 − − − − − − − − − −(3)



Pero la ecuación (1) no condujo siempre a resultados satisfactorios, hasta que

Terzagui publica su expresión 𝜎 = 𝜎’ + 𝑈 con el principio de los esfuerzos

efectivos (el agua no tiene cortante). Entonces:

𝜏𝑓 = 𝑐 ‘ + 𝜎’ 𝑡𝑔 𝜑’ − − − − − − − − − − − − − −(4)

Aparato de corte directo

Puesto que la resistencia al cortante depende de los esfuerzos efectivos, en el

suelo los análisis deben hacerse en esos términos, involucrando c’ y φ’, cuyos

valores se obtienen del ensayo de corte directo: Aplicando al suelo una fuerza

normal, se puede proceder a cizallarlo con una fuerza cortante. El movimiento

vertical de la muestra se lee colocando un deformímetro en el bastidor superior.

El molde no permite control de drenaje, que en el terreno pueden fallar en

condiciones de humedad diversas (condición saturada no drenada,

parcialmente drenadas o totalmente drenadas), para reproducir las condiciones

de campo se programa la velocidad de aplicación de las cargas. En arenas,

como el drenaje es libre, el ensayo se considera drenado.

Valores característicos del ángulo de fricción de algunos suelos:



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

El ensayo de cizalladura directa es adecuado para la determinación

relativamente rápida de las propiedades de resistencia de materiales

drenados y consolidados. Debido a que las rayectorias de drenaje a

través de la muestra son cortas, se permite que el exceso de presión en

los poros sea disipado más rápidamente que con otros ensayos

drenados. El ensayo puede ser hecho en todo tipo de suelos

inalterados, remoldeados o compactados.

Los resultados del ensayo son aplicables para estimar la resistencia al

corte en una situación de campo donde ha tenido lugar una completa

consolidación bajo los esfuerzos normales actuales. La ruptura ocurre

lentamente bajo condiciones drenadas, de tal manera que los excesos

de presión en los poros quedan disipados. Los resultados de varios

ensayos pueden ser utilizados para expresar la relación entre los

esfuerzos de consolidación y la resistencia a la cizalladura en

condiciones drenadas.

Durante el ensayo de cizalladura hay rotación de los esfuerzos

principales, lo que puede o no corresponder a las condiciones de campo.

Aun más, la ruptura puede no ocurrir en un plano de debilidad, puesto

que ella tiene que ocurrir cerca a un plano horizontal en la parte media

del especimen. La localización fija del plano de ruptura en el ensayo

puede ser una ventaja en la determinación de la resistencia al corte a lo

largo de planos reconocidamente débiles dentro del material del suelo y

para analizar las interfases entre materiales diferentes.

El intervalo de los esfuerzos normales, la velocidad de deformación y las

condiciones generales del ensayo deben ser seleccionada s para reflejar

las condiciones especificas del suelos que se está investigando.



V. PROCEDIMIENTO.

PARA SUELO NO COHESIVO

1. Se procede a pesar la muestra de arena (seca o mojada) con el

contenido de humedad conocido con exactitud, para lograr realizar 3

ensayos a la misma densidad.

2. Armar con cuidado la caja de corte, para no tener alguna separación

entre la caja y los tornillos de empalme, fijar la caja en posición. Obtener

la sección transversal de la muestra.

3. Colocar cuidadosamente la arena en la caja de corte hasta cerca de 5

mm

4. Se aplica la carga vertical y se coloca el dial para determinar el

desplazamiento vertical (se debe incluir el peso del pistón de carga y la

mitad superior de la caja de corte en el peso). Para ensayos

consolidados, registrar en el dial el desplazamiento vertical y comenzar

el ensayo, solo cuando el asentamiento ha parado. Para suelos no

cohesivos esto puede hacerse a partir de la aplicación de Pv.

5. Separar dos partes de la caja de corte desplazando los tornillos

espaciadores en se encuentran en la parte superior de la caja de corte.

El espacio desplazado debería ser ligeramente superior (al ojo) que el

tamaño más grande de partículas presentes en la muestra.

A continuación se debe fijar el bloque de carga apretando los tornillos de

fijación provistos para tal propósito a los lados de la parte superior de la

caja de corte. Inmediatamente después separar los tornillos

espaciadores de manera que se libere la parte inferior de la caja de

corte; en este momento la carga normal, la mitad de la carga de la caja

de corte, y el bloque o pistón de carga se encuentran actuando sobre la

muestra de suelo.

6. Ajustar el deformímetro de carátula (0.01 mm/división) para medir el

desplazamiento en cortante.

7. Para ensayos Saturados, saturar la muestra llenando la caja de corte y

permitiendo transcurrir suficiente tiempo para que tenga lugar la

saturación. Asegurarse de que las piedras porosas que se encuentran



en la caja de corte estén saturadas si el suelo al ensayarse contiene

alguna humedad.

8. Comenzar la carga horizontal y tomar lecturas del deformímetro de

carga, del deformímetro de desplazamiento cortante, y del deformímetro

vertical (cambio de volumen). Si el ensayo es de tipo deformación

unitaria controlada, se deben tomar esas lecturas ha desplazamientos

horizontales de: 5,10 y cada 10 ó 20 unidades de desplazamiento

horizontal. Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0. A no

más de 2 mm/min. No utilizar tasas de deformación unitaria más rápidas,

pues existe el peligro de que se presente pico de carga cortante entre

dos lecturas. La tasa de deformación unitaria debería ser tal que la

muestra “falle” entre 3 y 5 minutos.

9. Retirar la arena de la caja de corte y repetir los pasos del 1 al 8 sobre

por lo menos dos muestras adicionales y a una densidad dentro de los

5g y no más de 10g respecto a la cantidad de suelo usada en el primer

ensayo. Asegurarse de que la arena ocupe el mismo volumen utilizando

las marcas de referencia del paso 3. En el paso 4 usar un valor diferente

de Pv para cada ensayo (se sugiere doblar la carga exterior, por

ejemplo: 4, 8,16 Kg mas el peso del bloque o pistón de carga para estos

tres ensayos ó 5, 10,20 Kg, etc.)

PARA SUELO COHESIVO

1. Moldear cuidadosamente tres muestras de mismo tamaño y en lo

posible de la misma densidad, tomadas de una muestra de bloque

grande, o de una muestra de tubo. Utilizar un anillo cortante de manera

que el tamaño pueda ser controlado. Cualquier muestra con un peso

apreciablemente diferente de las otras muestras debe descartarse y en

su lugar moldear otra muestra.

2. Retroceder la separación y el agarre de los tornillos guía en la parte

superior de la caja de corte y ensamblar las dos partes. Asegurarse de

que las piedras porosas están saturadas a menos que se vaya a

ensayar un suelo seco. Medir las dimensiones de la caja de corte para

calcular el área de la muestra.



3. Colocar cuidadosamente la muestra dentro de la caja de corte. La

muestra debe ajustar perfectamente en la caja y llenarla hasta cerca de

5 mm de la parte superior de la caja de corte. Colocar el bloque o pistón

de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normal P y ajustar el

deformímetro de carátula vertical. Para un ensayo consolidado es

necesario controlar el deformímetro vertical igual que para el ensayo de

consolidación para determinar cuando la consolidación haya terminado.

4. Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una

pequeña separación apenas mayor que el tamaño de la partícula más

grande que presente el suelo, retroceder los tornillos de separación y

empalmar la cabeza de carga en un sitio utilizando los tornillos.

Asegurarse de que la carga normal refleje la fuerza normal más el peso

del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte. Tener

cuidado al separar la caja de corte cuando se ensaya arcillas blandas

porque parte del material puede salir de la caja por la zona de

separación, utilizar en estos casos cargas verticales pequeñas.

5. Colocar el deformímetro de deformación cortante, fijar en cero ambos

deformímetros. Para ensayos saturados en necesario llenar la caja de

corte con agua y esperar un tiempo hasta que se produzca la saturación

de la muestra.

6. Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del

deformímetro de carga, desplazamiento de corte y desplazamientos

verticales (de cambio de volumen). Si el ensayo se hace a deformación

unitaria controlada tomar estas lecturas al desplazamientos horizontales

de 5, 10 y cada 10 ó 20 unidades del deformímetro de desplazamiento

horizontal. Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0.5-2

mm/min.

7. Remover el suelo y tomar una muestra para contenido de humedad.

Repetir los pasos del 2 al 6 para dos muestras adicionales.

VI. CÁLCULOS:

Ensayo 1:



Datos y cálculos:

Proyecto: UNC

Ubicación Facultad de Geológica Ensayo: CORTE DIRECTO

Perforación: Nº1 Suelo tipo: Arcilloso

Profundidad: 2.5 m Fecha: 22/11/2010

Muestra N°: C.D.1 Hecho por: El Grupo

Datos de muestra

Lado (cm): 6

Altura (cm): 2

Area (cm²): 36

Vm (cm³): 72

Vel. de carga (mm/min):

0.5

Carga Normal:

Pa (Marco y Placa) (kg) 0.604

Pb (Percha de carga) (kg) 2

Pv (kg) 20.604

Tabla de deformaciones:

Tiempo (min)

Desplaz. Hz (cm)

Area Corr. (cm²)

Def. Carga (N° Div)

Fza. Corte (kg)

Esf. Cort. (kg/cm²)

0 0 36 0 0 0

0.500 0.025 35.850 32.000 14.284 0.398

1.000 0.050 35.700 50.000 22.319 0.625

1.500 0.075 35.550 71.500 31.916 0.898



2.000 0.100 35.400 97.000 43.299 1.223

2.500 0.125 35.250 120.000 53.565 1.520

3.000 0.150 35.100 140.500 62.716 1.787

3.500 0.175 34.950 158.000 70.528 2.018

4.000 0.200 34.800 173.000 77.224 2.219

4.500 0.225 34.650 184.000 82.134 2.370

5.000 0.250 34.500 188.000 83.919 2.432

5.500 0.275 34.350 162.000 72.313 2.105

6.000 0.300 34.200 118.500 52.896 1.547

De la gráfica podemos obtener:

𝜏𝑢 = 2.5

Ilustración 1: Esfuerzo de Corte - Deformación Horizontal



Ensayo 2:

Datos y cálculos:

Proyecto: UNC





Datos de muestra

Lado (cm): 6

Altura (cm): 2

Area (cm²): 36

Vm (cm³): 72


0.5

Carga Normal:



Pv (kg) 40.604


Tiempo (min)

Desplaz. Hz (cm)

Area Corr. (cm²)

Def. Carga (N° Div)

Fza. Corte (kg)


0.0 0 36 0 0 0.000

0.5 0.025 35.850 19.500 8.704 0.243



1.0 0.050 35.700 30.000 13.391 0.375

1.5 0.075 35.550 60.050 26.805 0.754

2.0 0.100 35.400 101.500 45.307 1.280

2.5 0.125 35.250 141.000 62.939 1.786

3.0 0.150 35.100 174.000 77.670 2.213

3.5 0.175 34.950 190.900 85.214 2.438

4.0 0.200 34.800 159.500 71.197 2.046





𝜏𝑢 = 2.45

Ensayo 3:

Datos y cálculos:

Proyecto: UNC





Datos de muestra

Lado (cm): 6

Altura (cm): 2

Area (cm²): 36

Vm (cm³): 72


0.5

Carga Normal:



Pv (kg) 60.604


Tiempo (min)

Desplaz. Hz

(cm)

Area Corr. (cm²)

Def. Carga

(N° Div)

Fza. Corte (kg)


0.0 0 36 0 0 0.000

0.5 0.025 35.850 25.000 11.159 0.311

1.0 0.050 35.700 49.500 22.096 0.619



1.5 0.075 35.550 55.000 24.551 0.691

2.0 0.100 35.400 78.400 34.996 0.989

2.5 0.125 35.250 104.000 46.423 1.317

3.0 0.150 35.100 128.500 57.360 1.634

3.5 0.175 34.950 153.000 68.296 1.954

4.0 0.200 34.800 181.000 80.795 2.322

4.5 0.225 34.650 212.000 94.632 2.731

5.0 0.250 34.500 249.000 111.148 3.222

5.5 0.275 34.350 284.500 126.995 3.697

6.0 0.300 34.200 317.000 141.502 4.137

6.5 0.325 34.050 350.000 156.233 4.588

7.0 0.350 33.900 380.000 169.624 5.004

7.5 0.375 33.750 400.000 178.552 5.290

8.0 0.400 33.600 406.300 181.364 5.398


𝜏𝑢 = 5.5

Datos de muestra el esfuerzo cortante Vs Esfuerzo Normal en cada

ensayo




ENSAYO NORMAL CORTANTE

1 0.572 2.5

2 1.128 2.45

3 2.239 5.5

Ilustración 4: Muestra el esfuerzo cortante Vs Esfuerzo Normal


Ángulo de fricción interna

∅ = 39º

Cohesión:

𝐶 = 0.5 𝑘𝑔/𝑐𝑚2

C



Interpretación de resultados:

El valor que hemos obtenido para el ángulo de fricción es un valor muy

característico para este tipo de suelo, que puede alcanzar hasta 45º y

en casos excepcionales sobrepasarlo

La cohesión obtenida es relativamente baja, pero se encuentra dentro

de los valores característicos para este suelo: 0.25 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 −

1.5 𝑘𝑔/𝑐𝑚2

VII. CONCLUCIONES.

Se logro determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad

portante del suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.

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

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

VIII. BIBLIOGRAFIA.

Manual de laboratorio de Ing. Marco Hoyos Saucedo.

Salvador Ricardo – Montero Juan Carlos, Manual de Ensayos de

Mecánica de Suelos, 200.

Das Braja M., Soil Mechanics Laboratory Manual, 1997.

Lambe T. William – Whitman Robert V., Mecánica de Suelos, Instituto Tecnológico de Massachusetts, 1994.

la 45604371 ensayo-de-corte-directo

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