universidad de magallanes - umag.cl en arcillas de baja plasticidad (drenada). ..... 43 curvas en...

UNIVERSIDAD DE MAGALLANES

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA EN CONSTRUCCION

Ingeniero Constructor

Proyecto de Trabajo de Titulación

Implementación del equipo de Corte Directo y su aplicación en algunos

suelos típicos de Punta Arenas

Alumno: Juan Sebastián Ortiz Bahamondez

Profesor Co-referente: José Cárcamo Romero

Constructor Civil

Profesor Guía: Yasna Segura S.

Ingeniero Constructor

Punta Arenas, Marzo 2010

2

Agradecimientos:

Son muchas las personas que debiesen estar en éstas líneas, pero sólo nombraré a

las de mayor trascendencia para mi, personas de las cuales siempre he recibido un apoyo

incondicional y que han estado a mi lado en cada paso que he dado.

Por sobre todas las personas quisiera agradecer a mi madre, quien me ha guiado,

ha estado a mi lado desde siempre, preocupándose por mí, y dándome todo lo que necesité

mientras me convertía en el hombre que hoy soy.

A mi padre, que siempre estuvo preocupado por mi futuro, indicándome el camino

como persona de bien y asegurándose que nunca me faltara nada.

Mis hermanos, a Gonzalo, gracias por compartir los buenos momentos de la niñez, y

a Nicolás por alegrarme los días con su presencia. Los quiero mucho.

Valoro también el apoyo entregado por mi profesor guía, José Cárcamo y también a

mis compañeras Ay-ling y Melissa, por la colaboración mutua que existió durante el

desarrollo de nuestros trabajos.

De manera muy especial quiero agradecer a José Cárcamo Romero por haberme

guiado en el desarrollo de mi trabajo, aportarme no sólo con sus conocimientos y material de

respaldo para la redacción de éste documento, sino que también por haber realizado las

gestiones necesarias para conseguir el muy preciado apoyo de otras personas e

instituciones..

Agradezco también a las personas que indirectamente me ayudaron a conseguir mis

objetivos, dándome hospedaje mientras recopilaba información y ayudándome con la

extracción y el traslado de mis materiales.

Finalmente, debo agradecer a todas las instituciones, que sin tener la obligación, de

alguna u otra forma me ayudaron a realizar este trabajo con éxito, en especial a IDIEM.

3

Tabla de Contenidos

Agradecimientos: ...................................................................................................................... 2

Tabla de Contenidos .............................................................................................................. 3

Tabla de Ilustraciones, Gráficos y Ecuaciones. ................................................................ 6

RESUMEN ................................................................................................................................ 10

ABSTRACT ................................................................................................................................ 11

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 12

OBJETIVOS ............................................................................................................................... 16

CAPITULO I: MARCO TEÓRICO ................................................................................................ 17

1.1. INCIDENCIA DEL SUELO EN LA ESTRUCTURA .......................................................... 19

1.2. RESISTENCIA AL CORTE DE UN SUELO .................................................................... 20

1.3. TEORIA DE COULOMB - TERZAGHI .......................................................................... 22

1.4. CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS DE CORTE DIRECTO ........................................... 29

Ensayo no consolidado-no drenado (UU) ....................................................................... 29

Ensayo consolidado - no drenado (CU) ........................................................................... 30

Ensayo consolidado-drenado (CD) .................................................................................. 31

Ensayo de Corte Residual. ............................................................................................... 32

1.5. CONSOLIDACIÓN ..................................................................................................... 32

1.6. CURVAS TÍPICAS DE ALGUNOS SUELOS EN ENSAYOS DE CORTE DIRECTO

DRENADO. ........................................................................................................................... 35

Curvas en Arenas. ........................................................................................................... 35

Curvas en Arcillas de baja plasticidad (drenada). ........................................................... 43

Curvas en Arcilla de alta plasticidad (drenadas) ............................................................. 46

1.7. TEORÍAS DE FALLA ................................................................................................... 48

Teoría de Rankine o del máximo esfuerzo normal: ........................................................ 49

Teoría de Coulomb (Navier): ........................................................................................... 49

Teoría de Mohr: .............................................................................................................. 50

Teoría de Mohr-Coulomb: .............................................................................................. 50

4

CAPITULO II: NOCIONES BÁSICAS DEL EQUIPO DE CORTE DIRECTO ...................................... 53

2.1. INTRODUCCIÓN AL EQUIPO .................................................................................... 54

2.2. CARACTERÍSTICAS GENERALES ................................................................................ 57

Modo Stand Alone. ......................................................................................................... 58

Modo Red ........................................................................................................................ 58

2.3. INSTALACIÓN. ......................................................................................................... 58

2.4. MENÚ PRINCIPAL .................................................................................................... 60

2.5. TEST RUNNING. ....................................................................................................... 62

Parámetros para el ensayo de Corte directo: ................................................................. 63

Parámetros para el ensayo de corte residual: ................................................................ 64

Recording Mode .............................................................................................................. 65

Comienzo del ensayo. ..................................................................................................... 66

Desmontaje del Soporte Móvil. ...................................................................................... 71

Posicionamiento de los transductores de desplazamiento. ........................................... 74

2.6. GESTIÓN DE LOS BLOQUES DE MEMORIA. ............................................................. 76

Eliminar bloques de memoria ......................................................................................... 76

Descarga de bloques. ...................................................................................................... 77

2.7. OPTIONS (Opciones) ............................................................................................... 77

2.8. CALIBRATION (Calibración) ..................................................................................... 79

Calibración lineal. ............................................................................................................ 80

Calibración Polinominal .................................................................................................. 81

2.9. MANUAL MODE (Modo manual) ............................................................................ 84

2.10. DESCARGA DE DATOS CON HYPER TERMINAL. ................................................... 85

2.11. SYSTEM MENU - MENÚ OCULTO. ....................................................................... 88

CAPITULO III: ENSAYO DE CORTE DIRECTO ............................................................................. 89

Nociones básicas del Ensayo de Corte Directo. .............................................................. 90

3.1. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA. ............................................................................. 91

3.2. Confección de la Probeta: ....................................................................................... 94

Confección de Probetas para Suelos Granulares ............................................................ 94

Confección de Probetas para Suelos Finos ..................................................................... 99

5

3.3. AJUSTES DE LA CAJA DE CORTE ANTES DEL ENSAYO. ........................................... 102

3.4. CONSOLIDACIÓN Y DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE ENSAYO. ................. 103

Determinación de la Velocidad de Corte. ..................................................................... 104

3.5. CORTE DE LA PROBETA ......................................................................................... 106

CAPITULO IV: IMPLEMENTACIÓN DEL EQUIPO DE CORTE DIRECTO .................................... 108

4.1. CALIBRACIÓN DE LOS TRANSDUCTORES. .............................................................. 109

4.2. CALIBRACIÓN DE LA CELDA DE CARGA. ................................................................ 118

CAPITULO V: ENSAYOS DE CORTE DIRECTO A SUELOS TÍPICOS DE LA CIUDAD DE PUNTA

ARENAS ................................................................................................................................. 126

5.1. ENSAYO DE CORTE DIRECTO A UN SUELO ARCILLOSO. ........................................ 127

5.2. ENSAYO DE CORTE DIRECTO A UN SUELO GRANULAR. ........................................ 142

5.3. ENSAYO DE CORTE DIRECTO A UN LIMO ARCILLOSO. .......................................... 150

5.4. ENSAYO DE CORTE DIRECTO A MAZACOTE (CERECO). ......................................... 160

CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 169

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 171

ANEXOS ................................................................................................................................. 172

6

Tabla de Ilustraciones, Gráficos y Ecuaciones.

Ilustración 1: Caja de corte del equipo de Corte Directo ........................................................ 22

Ilustración2: Diagrama de fricción: ......................................................................................... 23

Ilustración3: Diagrama de falla, por esfuerzo cortante en plano de deslizamiento ............... 24

Ecuación 1 ............................................................................................................................... 24

Ecuación 2 ............................................................................................................................... 25

Ecuación 3 ............................................................................................................................... 26

Ecuación 4 ............................................................................................................................... 26

Ilustración4: Gráfico que expresa el corte máximo. ............................................................... 27

Ilustración5: Curva Intrínseca ................................................................................................. 28

Ilustración6: Curvas para suelos Cohesivos Saturados ........................................................... 30

Ecuación 5 ............................................................................................................................... 31

Ecuación 6 ............................................................................................................................... 33

Ilustración7: Proceso de consolidación de un suelo ............................................................... 33

Ilustración8 : Curva de consolidación de un suelo .................................................................. 34

Ilustración9: Curvas de corte drenado sobre muestras granulares de distintas densidades . 37

Ilustración10: Envolventes de rotura en función de la densidad inicial ................................. 40

Tabla 1: Valores referenciales del ángulo de fricción Interno de suelos no cohesivos. ......... 42

Tabla 2: Correlación entre SPT y el ángulo de fricción interno de suelos granulares............. 42

Ilustración11: Curvas de ensayos de corte drenado en arcillas de baja plasticidad ............... 43

Ilustración12: Curva de ensayo de corte drenado en arcillas de alta plasticidad ................. 46

Tabla 3: Valores referenciales del ángulo de fricción interno para arcillas. ........................... 48

Ilustración13: Gráficos de Falla. .............................................................................................. 48

Ilustración14: Curva intrínseca. .............................................................................................. 50

Ilustración15: Diagrama de Esfuerzos principales. ................................................................. 51

Ecuación 7 ............................................................................................................................... 51

Ecuación 8 ............................................................................................................................... 52

Ilustración16: Vista Superior del Equipo de Corte Directo. .................................................... 54

Ilustración17: Vista superior de la Caja de corte .................................................................... 55

Ilustración18: Vista del Panel posterior del Equipo. ............................................................... 59

Ilustración19: Vista del Menú Principal. ................................................................................. 60

Ilustración20: Parámetro para el ensayo de Corte Directo. ................................................... 63

Ilustración21: Parámetros Para el ensayo de Corte Residual. ................................................ 64

Ilustración22: Parámetros para el registro de datos. ............................................................. 66

Ilustración23: Comienzo del Ensayo. ...................................................................................... 67

Ilustración24: Montaje del Marco de carga sobre la placa distribuidora de Carga. ............... 69

Ilustración25: Componentes del equipo utilizados en el desmontaje del soporte móvil. ..... 71

Ilustración26: Desmontaje del Transductor de desplazamiento Horizontal. ......................... 72

7

Ilustración27: Tornillos Horizontales que aseguran el bloque de carga al equipo. ................ 73

Ilustración28: Montaje del Transductor de desplazamiento Horizontal. Orificio de fijación. 74

Ilustración29: Transductor de desplazamiento Vertical ya instalado. .................................... 75

Ilustración30: Menú principal ................................................................................................. 76

Ilustración31: La ilustración muestra el submenú de Opciones. ............................................ 77

Ilustración32: Protocolos de comunicación del submenú “text data format output” ........... 78

Ilustración33: Menú de Calibración. ....................................................................................... 80

Ilustración34: Datos de calibración. ........................................................................................ 83

Tabla 4: Configuración para transmisión de datos con Hyper Terminal................................. 86

Ilustración35: Configuración Hyper Terminal. ........................................................................ 87

Tabla 5: Tamaños de las probetas y Valores máximos para el tamaño de las partículas. ...... 93

Ilustración36: Montaje Caja de Corte, paso 1......................................................................... 95

Ilustración37: Montaje Caja de Corte, paso 2......................................................................... 96

Ilustración38: Caja de Corte con la muestra de arena en su interior. .................................... 98

Ilustración39: Colocación de la muestra de suelo fino. ........................................................ 100

Tabla 6: Tiempos de reposo según ASTM D 3080. ................................................................ 101

Ecuación 9 ............................................................................................................................. 104

Ecuación 10 ........................................................................................................................... 104

Ecuación 11 ........................................................................................................................... 105

Ilustración40: Esquema del soporte del Transductor de desplazamiento vertical............... 109

Ilustración41: Posicionamiento del deformímetro en la calibración de los transductores. . 110

Ilustración42: Gráfico Calibración del Transductor de Desplazamiento Horizontal. ............ 111

Tabla 7: Registro Serie de calibración 1. Transductor de desplazamiento Horizontal ......... 112

Tabla 8: Registro Serie de calibración 2. Transductor de desplazamiento Horizontal ........ 112

Tabla 9:Registro Serie de calibración 3. Transductor de desplazamiento Horizontal. ......... 112

Tabla 10: Registro Serie de calibración 4. Transductor de desplazamiento Horizontal. ...... 113

Ecuación 12: Curva de ajuste para el transductor de desplazamiento horizontal. .............. 113

Ecuación 13: Curva de ajuste para el transductor horizontal, corregida a cero. .................. 114

Ilustración43: Gráfico Calibración del Transductor de Desplazamiento Vertical. ................ 114

Tabla 11: Serie de calibración 1. Transductor de desplazamiento Vertical. ......................... 115

Tabla 12: Serie de calibración 2. Transductor de desplazamiento Vertical. ......................... 116

Tabla 13:Serie de calibración 3. Transductor de desplazamiento Vertical. .......................... 116

Ecuación 14:Curva de ajuste para el transductor de desplazamiento vertical. .................... 117

Ecuación 15: Curva de ajuste para el transductor vertical, corregida a cero. ...................... 117

Ilustración44: Montaje de la Celda de Carga con los adaptadores. ..................................... 118

Ilustración45: Montaje de la Celda de Carga con el Anillo de Carga CBR. ............................ 119

Ilustración46: Celda de Carga Montada en la prensa CBR.................................................... 120

Ecuación 16: Curva de ajuste del Anillo CBR. ........................................................................ 120

Tabla 14: Serie de calibración 1. Celda de Carga. ................................................................ 121


8


Ilustración47: Gráfico de calibración de la Celda de carga. .................................................. 124

Ilustración48: Gráfico de calibración de la Celda de carga, con ajuste a cero...................... 124

Ecuación 17:Curva de ajuste para la celda de carga. ............................................................ 125

Ecuación 18: Curva de ajuste para la celda de carga, corregida a cero. ............................... 125

Ilustración49: Amasado de la probeta de Arcilla. ................................................................. 128

Ilustración50: confección de la probeta con el cortador. ..................................................... 128

Ilustración51: Almacenado e identificación de las probetas. ............................................... 129

Tabla 17: Esfuerzos normales en las probetas de Arcilla. ..................................................... 129

Ilustración52: Curva de Consolidación para Arcillas. ............................................................ 131

Tabla 18: Registro de Datos para Corte Directo de arcilla, ensayo a 27,25 N/cm2. .............. 132

Ilustración53: Gráfico Esfuerzo de Corte vs DLR. Arcilla, Ensayo a 27,25 N/cm2. ................ 133

Ilustración54: Gráfico del Asentamiento a 27,25 N/cm2 para Muestra de Arcilla. .............. 133







Tabla 21: Registro de Datos para Corte Directo de arcilla, ensayo a 6,81 N/cm2. ................ 138

Ilustración59:Gráfico Esfuerzo de Corte vs DLR. Arcilla, Ensayo 6,81 N/cm2. ...................... 139

Ilustración60: Gráfico del Asentamiento a 6,81 N/cm2 para Muestra de Arcilla. ................ 139

Ilustración61: Curva intrínseca Suelo Arcilloso ..................................................................... 140

Ilustración62: Deformaciones verticales de los ensayos del suelo Arcilloso. ....................... 141

Tabla 22: Densidad Relativa para ensayos de Corte Directo en Arenas. .............................. 142

Ilustración 63: Gráfico Esfuerzo de Corte vs DLR a la arena ensayada. ................................ 143

Ilustración 64: Gráfico Deformación Vertical vs DLR a la arena ensayada .......................... 144

Tabla 23: Registro de Datos para Corte Directo de Arena, ensayo a 39,24 N/cm2. .............. 146

Tabla 24:Registro de Datos para Corte Directo de Arena, ensayo a 29,43 N/cm2. .............. 146

Tabla 25: Registro de Datos para Corte Directo de Arena, ensayo a 19,62 N/cm2. .............. 147

Tabla 26: Registro de Datos para Corte Directo de Arena, ensayo a 9,81 N/cm2. ................ 147

Ilustración 65: Curva Intrínseca para Arena. ......................................................................... 148

Ilustración 66: Ensayo SPT al suelo del Puente Las Minas. ................................................... 149

Ilustración 67: Estratigrafía Calicata Santos Mardones ........................................................ 151

Ilustración 68: Curva de Consolidación para el Mazacote Santos Mardones. ...................... 152

Tabla 27: Registro de Datos del Mazacote Santos Mardones, ensayo a 39,24 N/cm2. ........ 154



Tabla 30: Registro de Datos del Mazacote Santos Mardones, ensayo a 9,81 N/cm2. .......... 157

Ilustración69: Esfuerzo de corte vs DLR en el Mazacote Santos Mardones. ........................ 158

9

Ilustración70: Curva Intrínseca del Mazacote Santos Mardones. ........................................ 159

Ilustración71: Descenso del Mazacote Santos Mardones con respecto al DLR. .................. 160

Ilustración 72: Inserción del tubo de PCV en el suelo. .......................................................... 161

Ilustración 73: Tubo de PVC enterrado completamente en el suelo a extraer. ................... 161

Ilustración 74: Curva de Consolidación del Mazacote CERECO. ........................................... 162

Tabla 31: Registro de Datos para Corte Directo de Mazacote CERECO, a 39,24 N/cm2. ...... 164

Tabla 32: Registro de Datos para Corte Directo de Mazacote CERECO, a 19,62 N/cm2. ...... 165

Tabla 33: Registro de Datos para Corte Directo de Mazacote CERECO, a 9,81 N/cm2 ......... 166

Ilustración 75: Esfuerzo de corte vs DLR en el Mazacote CERECO. ...................................... 167

Ilustración 76: Curva intrínseca del Mazacote CERECO. ....................................................... 168

Ilustración 77: Descenso de las probetas del Mazacote CERECO con respecto al DLR. ....... 168

10

RESUMEN

El presente trabajo de titulación tiene como objetivo la implementación

de un equipo de corte directo fabricado por la empresa WykehamFarrance,

perteneciente al laboratorio Austro-Umag de la Universidad de Magallanes.

En el desarrollo de éste trabajo investigativo se expone la metodología

de calibración utilizada, así como también los resultados obtenidos durante la

ejecución de la misma.

Fue necesaria la fabricación de algunos elementos para llevar a cabo

esta tarea, que también son detallados en capítulos posteriores.

Además, para comprobar la validez de la calibración y configuración

realizada en el aparato, se realizaron ensayos a suelos típicos de la ciudad

de Punta Arenas, como por ejemplo suelos arcilloso, suelos granulares, y un

suelo muy típico de la zona, de origen fluvioglaciar, denominado mazacote,

entre otros.

Para realizar estos ensayos fue necesario elaborar una metodología

adecuada a las características del equipo, utilizando como referencia la

norma ASTM D 3080. Al finalizar los ensayos se obtuvieron las propiedades

geotécnicas esperadas de estos suelos, tales como el ángulo de fricción

interno, y en los respectivos casos, la cohesión de éstos.

Finalmente, se detallan algunos datos prácticos para la realización del

ensayo, y la hipótesis para convertir el equipo de corte directo en un equipo

para realizar ensayos endométricos.

Como conclusión se puede indicar que los objetivos planteados se

cumplieron a cabalidad, ya que el equipo de corte directo está operativo, y

que fue posible obtener los resultados esperados en los suelos ensayados.

11

ABSTRACT

The present titling work has as objective the implementation of a Direct

Shear machine manufactured by WykehamFarrance enterprise, appertaining

to Austro-Umag laboratory from University of Magallanes.

In the development of this investigative work is exposed the use of

calibration methodology, as well as the results obtained during the execution

of itself.

It was necessary the manufacture of some elements to carry out this

task, that also are detailed in subsequent chapters.

Besides, to check the calibration validity and the settings made in the

device, were performed tests to typical soils of Punta Arenas city, as for

example clayed soils, granular soils, and a very typical soil of the zone, of

fluvial-glacial origin, called stodge, among others.

To perform these studies it was necessary to develop a methodology

suited to the characteristics of the device, using as reference the ASTM D

3080. At the end of tests yielded the expected geotechnical properties of

these soils, such as angle of internal friction, and in the respective cases, the

cohesion of these.

Finally, it is detailed some practical data to the fulfillment of the test,

and the hypothesis to convert the direct shear machine into a machine to do

consolidation tests.

As a conclusion it is possible to indicate that the stayed objectives

were fully achieved, as the direct shear machine is operative, and it was

possible to obtain the expected results in the tested soils.

12

INTRODUCCIÓN

13

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

generando solicitaciones y 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 (prácticamente despreciables), hasta

fallas con grandes deslizamientos de tierra. Entre ambos casos extremos

también está presente el fenómeno de la consolidación, ya que los esfuerzos

de la estructura expulsan el agua intersticial entre las partículas del suelo.

Cuando existe algún tipo de falla en la relación 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 ésta,

Para la mayoría de los casos en que se analiza la resistencia al corte

del suelo, es necesario poseer ciertos datos que son propiamente del

material y no de la ubicación o distribución, como lo es su ángulo de

rozamiento, su densidad y eventualmente la cohesión.

Dada importancia que reviste el conocimiento del suelo, por medio de

sus parámetros es que surge la necesidad de implementar el equipo de corte

directo adquirido por el Departamento de Ingeniería en Construcción, para su

aplicación directa a los suelos de la región. El equipo fue adquirido a través

de un proyecto MECESUP, a la empresa Celestron, su origen es Inglés,

modelo 27-WF2521, de la empresa WykehamFarrance, que es la división de

Mecánica de Suelos del Grupo Controls. La no implementación del equipo se

ha debido básicamente a dos motivos:

a) La falta de información acerca de su funcionamiento, y

b) El hecho que el equipo no cuenta con todos sus componentes

necesarios para ser operado.

14

La implementación del equipo pasa por fabricar las piezas faltantes, y

efectuar los ajustes al firmware para que esté en condiciones de ser operado.

Asimismo se requiere desarrollar un documento que sirva como referencia

para su uso, el que será corroborado en la presente tesis mediante la

ejecución de algunos ensayos.

Luego, a medida que se deje en funcionamiento el conjunto de Corte

Directo que dispone el laboratorio Austro-Umag de la Universidad de

Magallanes con su debido manual de funcionamiento y calibración con

ensayos, se dispondrá de una herramienta con la que en la actualidad la

región no cuenta, y que servirá no sólo para la implementación de

asignaturas geotécnicas sino que para servicios que preste el laboratorio de

ésta entidad.

En capítulos posteriores se expondrán conceptos básicos con

respecto a la teoría del ensayo mismo, desde las teorías que dieron origen al

ensayo de corte directo, hasta algunas conclusiones alcanzadas en variados

estudios a través del tiempo.

Es imprescindible el dominio de estos ya que el documento completo

se fundamenta en las teorías planteadas por diversos autores que se

sintetizan en esta introducción.

Comienza describiendo el trabajo de Coulomb con respecto a su

teoría de los planos de falla, y el aporte realizado por Terzaghi a esta teoría

con su concepto de presión de poros o esfuerzos efectivos. Posteriormente

se hace alusión al comportamiento de diferentes suelos en cuanto a

resistencia al esfuerzo cortante, incorporando el concepto de “suelos

expansivos”, y finalmente terminando en las teorías de falla y el principio de

esfuerzos principales.

15

En el segundo y tercer capítulo se profundiza en el equipo de corte

directo y en el ensayo de corte directo en sí. Referente al equipo, se

describen todas sus piezas y funciones, además de los procedimientos

estándares de calibración, y con respeto al ensayo, el capítulo tercero es

básicamente una adaptación de la norma ASTM D 3080.

El capítulo cuarto describe el proceso de implementación del equipo,

así como los métodos de calibración para éste.

Posteriores detalles de la investigación serán expuestos en el capítulo

quinto, desde las tomas de muestras realizadas, hasta los resultados

obtenidos, incluyendo todos los procedimientos realizados. Además se

describen las actividades realizadas para implementar el equipo.

Por último, se presentan las conclusiones obtenidas, además de

algunas interrogantes que surgieron en el desarrollo de este trabajo, y que

posiblemente servirán como antecedentes para trabajos posteriores

relacionados con la materia.

16

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Dejar operativo y de acuerdo a la normativa existente el equipo de corte

directo del Departamento de Ingeniería en Construcción.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Elaborar un manual de uso del equipo de Corte Directo.

Obtener los valores del Ángulo de Fricción Interno (Φ) y la Cohesión (C)

de suelos gruesos y finos de Punta Arenas.

Estudiar las respuestas a cargas cíclicas de algunos de éstos suelos.

Analizar los resultados con proyección a futuras investigaciones sobre el

tema en cuestión.

17

CAPITULO I:

MARCO TEÓRICO

18

Es necesario para el entendimiento de los resultados de este trabajo

de titulación, el desarrollo previo de diversos tópicos que tienen estrecha

relación con la realización de los objetivos planteados, por lo tanto, se hace

indispensable comprender el concepto del ensayo de corte directo, para qué

se utiliza y cuál es su relevancia dentro de la mecánica de suelos.

La respuesta a la interrogante de la relevancia del ensayo ha sido

destacada por mucho autores, entre ellos Juarez Badillo y Rico Rodriguez

quienes plantean que “El problema de la determinación de la resistencia al

esfuerzo cortante de los suelos puede decirse que constituye uno de los

puntos fundamentales de toda la Mecánica de Suelos, en efecto, una

valoración correcta de ese concepto constituye un paso previo imprescindible

para intentar, con esperanzas de éxito, cualquier aplicación de la Mecánica

de Suelos al análisis de la estabilidad de las obras.” (Juárez Baillo & Rico

Rodríguez, 1973). Se deduce que muchos análisis que se realizan en la

actualidad acerca de la estabilidad de las estructuras, se basan

principalmente en la resistencia al corte que poseen los suelos que sustentan

dichas estructuras, ya sean éstas edificios, los estribos de un puente, muros

de contención, estabilidad de taludes verticales, y otros.

Por lo demás, el ensayo de corte directo no es el único método para

determinar la resistencia al corte de un suelo, existen otros métodos como

señala Carlos Crespo Villalaz: “La cohesión de un suelo y su ángulo de

fricción interna, componentes del esfuerzo de corte del mismo, pueden

obtenerse de diferente maneras, y en ellas figuran: a) por medio del aparato

de corte directo ideado por Arthur Casagrande, y b) por la prueba de

compresión Triaxial1. En el caso de las arcillas, la determinación del esfuerzo

1El ensayo Triaxial constituye el método más versátil en el estudio de las propiedades esfuerzo-

deformación. Una muestra cilíndrica de un suelo es sometida a una presión de confinamiento en todas sus caras. A continuación se incrementa el esfuerzo axial hasta que la muestra se rompe. Como no existen esfuerzos tangenciales sobre las caras de la muestra cilíndrica, el esfuerzo axial y la presión de confinamiento, son los esfuerzos principal mayor y principal menor respectivamente. Al incremento de esfuerzo axial, se denomina esfuerzo desviador.

19

de corte de las mismas puede determinarse, además, con la prueba de

compresión axial no confinada o con la prueba de la veleta” (Crepo Villalaz,

2004). En la actualidad, además se cuenta con una correlación del ángulo

de fricción interno del suelo con el número de golpes del SPT2, aún así, esta

relación no es cien por ciento fiable, pero permite conocer el rango en que es

probable que se localice el ángulo de fricción interno del suelos.

1.1. INCIDENCIA DEL SUELO EN LA ESTRUCTURA

Toda estructura tiene que estar inevitablemente apoyada en el suelo,

por lo tanto es de suma importancia estudiar el comportamiento de éste bajo

la estructura ante dicha solicitación. Estas solicitaciones producen

deformaciones en el suelo que se pueden manifestar 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 las partículas.

(aunque a veces no hay evacuación de líquido)

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, dentro

del rango de esfuerzo que se utiliza habitualmente. El segundo caso

corresponde al fenómeno de la consolidación. El tercer caso, corresponde a

fallas de tipo catastróficas y para evitarlo se debe hacer un análisis de

estabilidad, requiriéndose para esto, conocer la resistencia al corte de suelo.

El análisis debe asegurar que los esfuerzos de corte solicitantes sean

menores que la resistencia al corte del suelo, con un margen adecuado de

2Ensayo de penetración estándar (SPT). Se realiza durante la ejecución de un sondeo, en el interior del

mismo. Permite calcular el valor N de resistencia a la penetración. Se puede correlacionar con densidades, ángulos de fricción, y asientos. También permite obtener muestras inalteradas para ensayo de laboratorio.

20

modo que la obra siga siendo segura, y sea económicamente factible de

llevar a cabo.

Se deduce que es prácticamente imposible analizar el comportamiento

de la estructura sin analizar también el comportamiento del suelo, por lo

tanto, ambas variables deben ser analizadas en conjunto.

El tema de mayor relevancia en la mecánica de suelos es la

determinación de las propiedades de resistencia al corte del suelo para

soportar el peso de las estructuras, y de alguna manera mitigar los efectos

adversos que se producen al incrementar las cargas sobre estos.

El modo más simple, y por mucho tiempo el más utilizado para este

fin, es la determinación de la resistencia al corte del suelo. Uno de los

primeros ensayos utilizados en investigaciones relativas a la resistencia de

los suelos realizado por Coulomb3(1776) fue el ensayo de corte directo,

tema del presente trabajo de tesis

1.2. RESISTENCIA AL CORTE DE UN SUELO

La resistencia al corte de una masa de suelo es la resistencia interna

por unidad de área que la masa de suelo puede oponer, a la falla y al

deslizamiento, a lo largo de algún plano interno. Se debe entender la

resistencia al corte de un suelo para poder analizar problemas de estabilidad

de suelos tales como: capacidad de soporte, estabilidad de taludes y empuje

de tierras sobre estructuras de contención, entre otros.

En los problemas de estabilidad de los suelos tales como: estudio de

cimentaciones, obras de sostenimiento, terraplenes, taludes; además de la

3Charles Coulomb (Angulema, Francia, 1736-París, 1806) Físico francés. Su celebridad se basa sobre

todo en que enunció la ley física que lleva su nombre (ley de Coulomb). Además realizó investigaciones sobre las fuerzas de rozamiento, así como también acerca de la elasticidad de los metales y las fibras de seda. La unidad de carga eléctrica del Sistema Internacional lleva el nombre de culombio (simbolizado C) en su honor.(Biografías y Vidas)

21

acción combinada de las fuerzas externas y las fuerzas internas que se

desarrollan en la masa de suelo que crean esfuerzos horizontales capaces

de producir desplazamientos laterales del material, es necesario conocer la

resistencia al corte de los suelos.

Cuando se aplica un sistema de fuerzas a un volumen determinado de

suelo, se desarrollan tensiones de corte, las cuales implican deformaciones

en este. Estas deformaciones son o pueden ser importantes a lo largo de los

llamados “planos de falla” o deslizamiento.

Por lo tanto, se puede definir la resistencia al corte de un suelo como

“la tensión de corte en el plano de falla, en el momento de la falla”.

Uno de los ensayos de laboratorio que se realiza para conocer esta

resistencia del suelo utiliza un aparato de corte directo, en el cual la parte

esencial de este, en su forma más típica, es un recipiente rectangular

dividido horizontalmente en dos mitades que contienen en su interior la

muestra de suelo, a la cual se le aplica una carga vertical de confinamiento y

luego una fuerza tangencial creciente que origina un desplazamiento relativo

entre las dos partes de la caja, produciéndose así el corte de la muestra de

suelo según el mismo plano que divide al recipiente, como se observa en la

Ilustración 1.

22

Ilustración 1: Caja de corte del equipo de Corte Directo4

1.3. TEORIA DE COULOMB - TERZAGHI

Coulomb fue el primero que trató de explicar el origen de la resistencia

al corte de los suelos. En 1776 observó que si el empuje que produce un

suelo contra un muro de contención produce un ligero movimiento del muro,

en el suelo que está retenido se forma un plano de deslizamiento

esencialmente recto. Basó su teoría en dos conceptos:

Fricción entre partículas: La resistencia al corte del suelo basado en

principios elementales de la física. En la ilustración 2 se observa que la

fuerza F produce un desplazamiento, que es contrarrestado por la Fuerza

μP. La fuerza μP es la representación del roce entre ambas superficies y es

directamente proporcional a la fuerza P, ya que μ es una constante de roce,

diferente para cada superficie.

4 Es la parte esencial del equipo, lo demás componentes serán detallados en el capítulo 2.

23

Ilustración2: Diagrama de fricción:

Los suelos fallan por esfuerzos cortantes a los largo de un planos de

deslizamientos y regidos por el mecanismo de la fricción mencionada

anteriormente, por lo menos en cierto tipo de suelos. En la ilustración 3

generaremos este plano como A-A’, pero a la vez transformaremos las

fuerzas actuantes en esfuerzos al dividirlas por el área sobre la cual actúan,

obteniéndose σ para P y generándose un esfuerzo interno τ producto de la

Fuerza F.

µP

24

Ilustración3: Diagrama de falla, por esfuerzo cortante en plano de deslizamiento

Coulomb postuló que la máxima resistencia al corte, , en el plano de

falla está dada por:

Ecuación 1

Donde: σ es el esfuerzo normal total en el plano de falla

ϕ es el ángulo de fricción del suelo

c es la cohesión del suelo

25

Esta es una relación empírica y basada en los conceptos

anteriormente nombrados, con la inclusión de un término de cohesión c para

incluir la Stiction5 propia del suelo arcilloso.

Esta ecuación no produjo los resultados esperados, ya que el

comportamiento del suelo no concordaba con lo que Coulomb planteaba en

su modelo matemático. Esto se debía principalmente a que los suelos no

están compuestos en un cien por ciento de material sólido, también están

conformados por agua, la cual aporta, en cierto grado, resistencia temporal a

la masa de suelo. Fue Terzaghi6 quien añadió a la fórmula de Coulomb este

concepto, el cual fue llamado “principio de esfuerzos efectivos”, que

matemáticamente se representa mediante la ecuación:

Ecuación 2

Donde u : presión intersticial, o presión de poros

´: esfuerzo efectivo

Se hizo evidente entonces que, dado que el agua no puede soportar

esfuerzos cortantes, la resistencia al corte de un suelo debe ser únicamente

el resultado de la fricción entre las partículas que lo componen, y su

magnitud depende únicamente de la magnitud de los esfuerzos efectivos que

soportan estas. Por tanto, cuanto más grande sea el esfuerzo efectivo normal

5La traducción literal para esta palabra es “fricción estática”, este término en español es conocido

como cohesión. 6Karl Terzaghi (Praga, 1883-Winchester, 1963) Ingeniero estadounidense de origen austríaco. Fue

profesor en Estambul, Boston y Viena. Establecido en EE UU, ejerció la docencia en Harvard y desarrolló diversas técnicas y aparatos para el tratamiento de los suelos y su adecuación a las obras públicas. Es considerado el creador de la mecánica de los suelos.(Biografías y Vidas)

26

a un plano de falla potencial, mayor será la resistencia al corte en dicho

plano.

Entonces, si se expresa la ecuación de Coulomb en términos de

esfuerzos efectivos, se tiene:

Ecuación 3

En la cual los parámetros c´ y ϕ´ son propiedad de la estructura del

suelo, denominadas cohesión efectiva y ángulo de fricción efectiva,

respectivamente. Esta ecuación es válida para suelos cohesivos. Para suelos

granulares, como no existe cohesión, la ecuación se simplifica a:

Ecuación 4

En vista que la resistencia al corte es netamente producto de los

esfuerzos efectivos que se generan en la masa de suelo, es correcto realizar

los análisis en términos de esfuerzos efectivos, aunque en ciertas

circunstancias es válido analizar los problemas de ingeniería bajo la

perspectiva de esfuerzos totales. Por tanto, la ley de Coulomb posee dos

componentes fácilmente identificables que colaboran a la resistencia al corte

de suelos:

Fricción (tanϕ), que principalmente es el aporte de la trabazón entre

partículas y el roce entre ellas cuando están sometidas a esfuerzos

normales.

27

Cohesión(c), que se debe a fuerzas internas electroquímicas que

mantienen unidas a las partículas en una masa.

Como en la ecuación existen dos cantidades

desconocidas (c’ y ϕ), se requieren por lo menos un par de datos

correspondientes al esfuerzo normal y al corte de falla para resolver el

sistema de ecuación.

Si se grafica la tensión de corte (τ) en función de la deformación

horizontal (δ) en el plano de esta tensión de corte para un suelo denso en

condición drenada, se obtiene el gráfico de la ilustración 4.

Ilustración4: Gráfico que expresa el corte máximo.

De la curva presentada en la ilustración 4, se aprecia un valor máximo

del corte aplicado correspondiente al instante en que las partículas en éste

suelo denso se “sueltan”, por lo tanto disminuye el roce interno entre ellas, y

a su vez disminuye la resistencia al corte de éste suelo hasta alcanzar la falla

con un valor de esfuerzo de corte “τfalla”.

0

6

0 14

τ

δn

Corte Máximo

t falla

28

Los valores de resistencia al corte se suelen obtener realizando como

mínimo un ensayo de tres probetas idénticas de un mismo suelo aplicando

distintas presiones normales, los datos son llevados a un gráfico en función

de la tensión normal ( ). Se obtiene así una recta llamada recta intrínseca,

en la cual el ángulo formado por ésta con el eje de las abscisas es llamado

ángulo (ϕ) (ángulo de fricción interno del suelo) y la ordenada hasta el origen

es el valor C (cohesión del suelo). El gráfico generado es similar al expuesto

en la ilustración 5.

Ilustración5: Curva Intrínseca

El área bajo la curva representa distintas combinaciones de τ y σn en

las cuales el suelo no falla, la curva intrínseca representa la combinaciones

de τ y σn que producen la falla del suelo, y el área sobre ésta recta son los

estados de esfuerzos imposibles de alcanzar ya que el suelo falla antes de

llegar a ellos.

0

6

0 14

τ

σn

Cohesión

Ensayo 3

Ensayo 2

Ensayo 1

Estados Imposibles

Estados no en falla

C

Φ

29

Esta resistencia al corte, medida por medio de este ensayo depende

de la cohesión (c) del suelo y de su fricción interna, donde la cohesión es la

atracción entre las partículas originada por las fuerzas moleculares y las

películas de agua (por lo tanto variará según su humedad) y la fricción

interna es la resistencia al deslizamiento causado por el roce entre la

superficie de contacto de las partículas (depende, por lo tanto, de la

granulometría, forma de las partículas y de la densidad del material).

También dependen esencialmente de la velocidad del ensayo y de la

permeabilidad de los suelos, pues uno de los parámetros determinantes es la

presión intersticial del agua (presión de poros), la cual está ligada

directamente a las condiciones del ensayo.

La desventaja de este ensayo es que cómo se determina el plano de

falla a priori, no es posible conocer los esfuerzos en otros planos, salvo a que

sean ensayados.

1.4. CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS DE CORTE DIRECTO

Se definen tres tipos de ensayo en función de si el ensayo es drenado

y si existe consolidación, entendiendo la consolidación como el drenaje de la

muestra hasta que la presión de poros se haya disipado totalmente.

Ensayo no consolidado-no drenado (UU7)

Es un ensayo rápido, en el cual la probeta no sufre ninguna

consolidación del drenaje previo a la tensión normal (σ) del ensayo.

Generalmente, la recta intrínseca del diagrama (τ) vs (σ) es horizontal

(para un suelo cohesivo saturado a igual índice de vacíos), como se observa

en la ilustración 6. Es apto para estudiar la resistencia al corte de suelos en

los que no es posible que exista drenaje, ya sea porque el mismo suelo es

7 UU: siglas en inglés para no drenado – no consolidado.

30

cohesivo, o también en suelos no cohesivos localizados en una estratigrafía

donde no es posible el drenaje (suelo rodeado por arcilla, o suelo bajo cargas

de aplicación rápida como el sismo).

En este ensayo los parámetros resistentes se obtienen en tensiones

totales (Cu, Φu).

Ilustración6: Curvas para suelos Cohesivos Saturados

En el equipo de corte directo del Laboratorio Austro-Umag no es

posible conseguir un ensayo no drenado, ya que al momento de inducir el

corte, la probeta comienza a drenar. Esto se refleja en el descenso vertical

durante el desarrollo del ensayo.

Ensayo consolidado - no drenado (CU8)

En este ensayo la muestra se deja consolidar bajo una carga vertical,

igual a la que será impuesta antes de comenzar a aplicar el esfuerzo

cortante. La tensión de corte es rápida para que no se efectúe drenaje

alguno y para que la presión de poros no pueda disiparse en el transcurso 8(CU) Siglas en Inglés para Consolidado – no drenado.

0

5

0 7

τ

σn

e3

e2

e1

31

del ensayo. Estos ensayos no son posibles en suelos permeables bajo

condiciones normales, además es necesario medir el movimiento vertical

durante la consolidación con el objeto de poder saber con exactitud el

momento en que esta última ha tenido lugar por completo. Éste ensayo no es

posible en el equipo de corte directo la Universidad de Magallanes, ya que la

velocidad máxima de corte no suficiente para producir la condición no

drenada. En este ensayo los parámetros resistentes se obtienen en

tensiones totales (Cu, Φu), y es aplicable a suelos cohesivos.

Ensayo consolidado-drenado (CD9)

Es realizado como el anterior, pero la velocidad de corte es

relativamente lenta para que la presión de poros del agua pueda disiparse y

ser considerada como nula en cada instante (u=0)

Esto es entonces σ=σ’, lo que implica que c y ϕ son también efectivos.

Ecuación 5

Donde: = C efectiva

= ϕ efectivo.

= σ efectivo.

Este ensayo es análogo al ensayo Triaxial consolidado – drenado.

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 del

corte no es demasiado rápida. Para materiales cohesivos, los parámetros de

9 (CD) Siglas en Inglés para Consolidado – Drenado.

32

suelos están notoriamente influenciados por el método de ensayo, por el

grado de saturación, y por el hecho que el material esté normalmente

consolidado o sobreconsolidado. Generalmente, se obtienen para suelos

preconsolidados dos conjuntos de parámetros de resistencia: un conjunto

para ensayos hechos con cargas inferiores a la presión de preconsolidación

y un segundo conjunto para cargas normales mayores a la presión de

preconsolidación. Donde se sospeche la presencia de esfuerzos de

preconsolidación en un suelo cohesivo sería aconsejable hacer seis o más

ensayos para garantizar la obtención de los parámetros adecuados de

resistencia al corte.

Ensayo de Corte Residual.

Este ensayo consiste en repetir el corte a una misma probeta para

obtener parámetros residuales de rotura (Cr, Φr). Una vez alcanzada la rotura

con cualquiera de los ensayos antes mencionados, se vuelve a deslizar la

probeta a su posición inicial, y se comienza a aplicar la misma fuerza

horizontal de rotura en varias ocasiones. Un ejemplo de este ensayo puede

observarse en la ilustración 11.c.

1.5. CONSOLIDACIÓN

La consolidación es un fenómeno que ocurre en los suelos arcillosos

que se encuentran saturados y que producto de cargas superficiales o

variaciones en su estado tensional, disminuyen sus vacíos y por lo tanto

expulsan el agua de su interior.

Si tenemos un elemento cualquiera (A) de suelo que se encuentra a

una profundidad Z1 bajo una superficie de terreno en algún momento de su

historia geológica, se conoce el peso específico de esté suelo y las

condiciones del agua intersticial, aplicando algunas propiedades índice, es

33

relativamente fácil calcular la tensión vertical efectiva (σ’v) a dicha

profundidad con la siguiente fórmula.

Ecuación 6

Donde: = densidad saturada del suelo.

= densidad del agua.

= Profundidad.

Si el proceso de sedimentación continúa, el elemento (A) de suelo

cambiará su posición relativa con respecto a la superficie, y por lo tanto

también se modificarán las tensiones verticales efectivas para dicho

elemento. Podemos observar este proceso en la ilustración 7.

Ilustración7: Proceso de consolidación de un suelo (Gonzalez de Vallejo, Ferrer, Ortuño, & Otero, 2004).

( )

34

En el instante en que la profundidad del elemento (A) es Z1, éste

tendrá asociado un índice de poros e1. Es posible asociar un índice de poros

en al mismo elemento, pero a diferentes profundidades a medida que se

produce la sedimentación. El aumento de la profundidad da lugar a un

incremento de la tensión vertical efectiva, éste a su vez produce la

compresión del suelo y, por tanto, a una reducción del índice de poros. Al

seguir la sedimentación continuará aumentando la tensión vertical efectiva y

se irá reduciendo aún más el índice de poros. Si se representa esto en un

plano (σ’v,e), se obtiene un gráfico como el de la ilustración 8.

La curva formada por los puntos 1, 2 ,3 y 4 representa la historia

tensional de elemento durante el proceso de sedimentación (carga), y se

denomina curva de compresión noval.

Ilustración8 : Curva de consolidación de un suelo (Gonzalez de Vallejo, Ferrer, Ortuño, & Otero, 2004).

Curva de compresión noval.

Rama de descarga

35

Como se observa, la curva disminuye su pendiente a medida que

aumenta la tensión vertical, lo que se traduce en que el suelo es más rígido

(menos deformable) cuanto mayor es su nivel de tensión vertical efectiva.

Si en el proceso de carga se produce una disminución del índice de

poros, al descargar el suelo se produce el efecto contrario, el entumecimiento

o hinchamiento del suelo, producto del aumento del índice de poros. Se

observa además en la ilustración 8, el suelo no regresa por la curva de

comprensión noval al producirse la descarga, si no que sigue un nuevo

camino denominado rama de descarga, conformada por los puntos 4, 3’ y

2’.

De esto se desprenden dos comportamientos del suelo según sea su

estado de carga, ya que un suelo (arcilloso) que ha sido cargado a una

determinada tensión vertical efectiva, mayor a la que ha sido sometido en su

pasado geológico, seguirá la curva de consolidación noval. En estas

condiciones se dice que el suelo está normalmente consolidado, por lo

tanto, la curva de consolidación noval representa los estados normalmente

consolidados.

Si sucede el caso contrario, es decir, si al suelo se le aplica una

tensión vertical efectiva menor a las cargas que ha sido sometido en su

pasado geológico, el suelo seguirá la rama de descarga y se comportará

como preconsolidado, por lo tanto, la rama de descarga representa los

estados preconsolidados de un suelo arcilloso.

1.6. CURVAS TÍPICAS DE ALGUNOS SUELOS EN ENSAYOS DE

CORTE DIRECTO DRENADO.

Curvas en Arenas.

Al realizar un ensayo de corte a suelos granulares, como las arenas, el

comportamiento del suelo dependerá básicamente de la densidad de la

36

muestra, así una muestra que no presenta gran densidad disminuirá su

volumen a causa del reacomodamiento de las partículas de suelo en el plano

de corte a un estado de mayor densidad. Por el contrario, una muestra de

arena que posea gran densidad mostrará un comportamiento inverso al de

las arenas sueltas, ya que en el plano de corte las partículas se posicionarán

unas sobre otras para poder desplazarse, lo que originará un aumento de

volumen en la muestra. El comportamiento que produce un aumento en el

volumen del suelo ensayado es llamado “Dilatancia”.

Supóngase que se ensayan tres muestras de la misma arena en tres

condiciones distintas de densidad. Por simplicidad se supondrá que las tres

muestras se ensayan en condiciones drenadas, de manera que las tensiones

totales y efectivas coincidirán en todo momento. La muestra 1 se encuentra

en un estado muy flojo, con un índice de poros (e1) elevado. La muestra 2

constituida por la misma arena, es algo más densa que la anterior, de forma

que tiene menos volumen de huecos y su índice de poros (e2) es menor que

el de la muestra 1. La última muestra 3, es muy densa, con menor volumen

de huecos que las dos anteriores y por tanto con menor índice de poros (e3)

de las tres. A continuación se montan las tres muestras en los respectivos

aparatos de corte directo, se les aplica la misma tensión efectiva normal y,

finalmente, se las somete a corte de la forma descrita anteriormente. En la

ilustración 9 se representan cualitativamente los resultados de estos

ensayos.

37

Ilustración9: Curvas de corte drenado sobre muestras granulares de distintas densidades (Gonzalez de Vallejo, Ferrer, Ortuño, & Otero, 2004).

La ilustración 9.a muestra las curvas de tensión tangencial movilizada-

desplazamiento horizontal. La ilustración 9.b representa la relación

desplazamiento horizontal-cambio de volumen. La ilustración 9.c muestra la

relación índice de poros- desplazamiento, y la ilustración 9.d muestra el

recorrido tensional sufrido en un plano (σ’,τ).

Muestra de baja densidad (1):

La tensión tangencial movilizada aumenta con el desplazamiento

horizontal (δ) hasta alcanzar un valor máximo (τ’f). a partir de ese

instante se mantiene constante aunque el desplazamiento horizontal

prosiga.

38

Desde el inicio del ensayo se observa un asiento del plato distribuidor de

carga, es decir la muestra reduce su volumen al ser sometida a tensiones

constantes. Se llega a una cierta magnitud del desplazamiento horizontal

a partir del cual no se observan cambios apreciables de volumen.

Muestra de densidad media (2):

Como en la muestra (1), la tensión tangencial movilizada aumenta con el

desplazamiento horizontal (δ). En este caso la pendiente de la curva (τ,δ)

es mayor, además se alcanza una tensión tangencial máxima

(resistencia “peak” = τf2) claramente superior a (τf1). Estas observaciones

indican que la muestra (2), más densa que la (1), resulta también más

rígida y resistente. Sin embargo, si prosigue el desplazamiento

horizontal, la tensión tangencial movilizada decrece hasta que termina

por converger con (τf1).

Al principio del ensayo se producen asientos del plato distribuidor de

carga, o lo que es lo mismo, la muestra disminuye de volumen (contrae).

Sin embargo, llegado a un punto pueden comenzar a producirse

levantamientos o aumentos de volumen (dilatación). Finalmente y como

en el caso anterior, con suficiente desplazamiento se alcanza un estado

a partir del cual no se observan cambios apreciables de volumen.

La ilustración 9.c reproduce en términos de índice de poros los cambios

de volumen descritos en el párrafo anterior, pero además muestra un

aspecto interesante de comportamiento cualitativo de los suelos

granulares. Así, en el estado descrito en que dejan de producirse

cambios apreciables de volumen y convergen las tensiones tangenciales

de las muestras (1) y (2), también convergen los índices de poros de

ambas.

39

Muestra de densidad elevada (3)

Este último ensayo muestra una mayor pendiente de la curva (τ,δ), así

como la máxima tensión tangencial movilizada. De hecho, se puede

observar una resistencia peak (τf3) a las máximas tensiones tangenciales

alcanzadas en los otros dos ensayos. En definitiva, la muestra más

densa revela un comportamiento más rígido, y resulta sustancialmente

más resistente. En cualquier caso, como los ensayos realizados sobre

muestras menos densas, con suficiente desplazamiento horizontal la

tensión tangencial movilizada decrece hasta que termina por converger

con (τf1).

Al principio del ensayo pueden producirse pequeños descensos del plato

distribuidor de carga, quizá debido a reajustes en el aparato de corte,

pero rápidamente comienzan a registrarse ascensos netos de la misma.

Este comportamiento indica que la muestra densa resulta claramente

dilatante, tendiendo a aumentar de volumen cuando se la somete a corte.

Como en los casos anteriores, con suficiente desplazamiento se alcanza

un estado a partir del cual cesan los cambios apreciables de volumen.

También la muestra densa tiende a converger hacia un único índice de

poros y llegar a ese estado en el que mayores desplazamientos no

producen más cambios de volumen ni modificaciones en la tensión

tangencial que se mantiene aproximadamente igual a (τf1).

Esto tres ensayos de corte podrían repetirse en muestras idénticas a

las anteriores pero sometidas a tensiones efectivas normales mayores. La

ilustración 10 representa esquemáticamente las tres envolventes de rotura

resultantes, mostrando como el ángulo de rozamiento (peak) depende

directamente de la densidad inicial del suelo.

40

Ilustración10: Envolventes de rotura en función de la densidad inicial (Gonzalez de Vallejo, Ferrer, Ortuño, & Otero, 2004).

41

Aunque la compacidad es un factor primario indiscutible, la mayor o

menor resistencia de un suelo granular depende también de algunos otros

factores, entre los que cabe destacar la forma de las partículas, la

distribución granulométrica y el tamaño de los granos. En los tres casos

citados la influencia sobre la resistencia es sencilla e intuitiva. Así, en lo que

respecta a la forma resulta evidente que será más sencillo hacer deslizar o

rodar entre sí partículas redondeadas que granos angulosos o irregulares, de

manera que un suelo constituido por estos últimos mostrará mayor

resistencia al corte. Con relación a la granulometría, en un suelo uniforme la

mayoría de las partículas son de tamaño similar, de forma que el tamaño del

hueco máximo entre partículas depende directamente del tamaño de éstas.

Un suelo bien graduado, sin embargo, posee partículas de muchos tamaños

distintitos, con lo que los granos medianos pueden ocupar los poros de las

partículas más gruesas, las partículas más finas los huecos entre las

medianas, y así de forma sucesiva. Lógicamente ésta mejor posibilidad de

estibación da lugar a que en un suelo bien graduado se puede alcanza una

estructura más densa y más resistente que en un suelo uniforme.

Finalmente, resultará más difícil hacer deslizar y rodar entre si partículas de

gran tamaño que partículas pequeñas.

42

A continuación se presenta una tabla con valores referenciales para

diferentes suelos no cohesivos.

Suelo Φ’ suelto Φ’ Denso

Limo 27º - 30º 30º - 36º

Arena limosa 27º - 33º 30º - 35º

Arena uniforme 28º 34º

Suelo redondeado uniforme 30º 37º

Suelo redondeado bien graduado 34º 40º

Arena bien graduada 33º 45º

Grava arenosa 35º 50º

Suelo anguloso uniforme 35º 43º

Suelo anguloso bien graduado 39º 45º

Tabla 1: Valores referenciales del ángulo de fricción Interno de suelos no cohesivos.

Como se ha visto, la relación entre la densidad o compacidad inicial de

un determinado suelo granular y su resistencia es muy acusada. Tanto es así

que en la práctica habitual se dispone de correlaciones aproximadas entre

dicha compacidad, determinada a través de ensayos in situ como el SPT, y el

ángulo de fricción interno, tal y como se muestra en la tabla 2.

N(SPT) Compacidad ϕ’ (º)

0-4 Muy floja 28º

4-10 Floja 28º-30º

10-30 Medianamente densa 30º-36º

30-50 Densa 36º-41º

>50 Muy densa >41º

Tabla 2: Correlación entre SPT y el ángulo de fricción interno de suelos granulares.

43

Curvas en Arcillas de baja plasticidad (drenada).

En la ilustración 11.a se ha representado el proceso de consolidación

unidimensional de una arcilla de baja plasticidad, reconstituida de en

laboratorio a partir de una suspensión acuosa. Como fue descrito en la

sección de consolidación de éste capítulo, los puntos (1), (2), y (3)

corresponden a estados normalmente consolidados, mientras que los puntos

(4) y (5) corresponderían a estados sobreconsolidados bajo una presión de

preconsolidación igual a la del estado (3).

Ilustración11: Curvas de ensayos de corte drenado sobre muestras arcillosas de baja plasticidad. (Gonzalez de Vallejo, Ferrer, Ortuño, & Otero, 2004)

e

44

Una vez alcanzado cada uno de los 5 estados anteriores (finalizada la

consolidación de cada uno de ellos), se somete al suelo a sendos ensayos

de corte directo drenados. En la ilustración 11.b se representan los recorridos

tensionales (,) correspondientes. Para mayor claridad, en esta última

ilustración tan sólo se han representado las curvas de los ensayos sobre las

muestras (2), (3), y (4). Finalmente, se supondrá que se dispone de un

comparador vertical que permite determinar los cambios de volumen durante

el corte. De los resultados obtenidos se pueden deducir las siguientes pautas

de comportamiento.

Muestras normalmente consolidadas (1, 2, y 3)

La tensión tangencial movilizada aumenta con el desplazamiento

horizontal () hasta alcanzar un valor máximo (MÁX) “peak”. Dicho “peak” es

apenas perceptible, ya que desciende de forma muy rápida hasta un valor

(NC MÁX) que se mantiene constante aunque el desplazamiento horizontal

prosiga. Si se realiza un ciclo de descarga recarga se alcanzarían

aproximadamente los mismos niveles de tensión tangencial previos.

La envolvente de rotura queda definida por un ángulo de rozamiento

interno ’NC y una cohesión efectiva nula (c’=0)10.

El suelo tiende a reducir su volumen (es contractante) durante el corte,

si bien, como en el caso de la tensión tangencial, también se llega a una

cierta magnitud del desplazamiento horizontal a partir del cual no se

observan cambios apreciables de volumen.

10

En definitiva, en ausencia de efectos complementarios derivados de la creación de enlaces, envejecimiento, cementaciones, etc., una arcilla normalmente consolidada de baja plasticidad no tiene cohesión.

45

Muestras sobreconsolidadas( 4 y 5):

Las pendientes de las curvas (, ) son mayores que en las muestras

normalmente consolidadas, y movilizan su máxima tensión tangencial con

menores deformaciones que éstas, es decir, son más rígidas.

Las tensiones tangenciales máximas alcanzadas son netamente

superiores a las del suelo normalmente consolidado ensayado bajo las

mismas tensiones normales iniciales. De hecho, los recorridos de tensiones

en el plano (’,) superan claramente la línea de resistencia intrínseca de los

estados normalmente consolidados y alcanzan una resistencia “de pico” por

encima de la envolvente definida por c’=0, ’NC.

Con suficiente deformación, se alcanza un estado en el que pueden

proseguir las deformaciones sin cambios en la tensión tangencial o en el

volumen del suelo.

46

Curvas en Arcilla de alta plasticidad (drenadas)

La ilustración 12 muestra el mismo procedimiento de ensayo de la

ilustración 11, pero en esta ocasión aplicado a una arcilla de alta plasticidad

(o de elevado contenido de mineral de arcilla).

Ilustración12: Curva de ensayo de corte drenado sobre muestras arcillosas de alta plasticidad (Gonzalez de Vallejo, Ferrer, Ortuño, & Otero, 2004).

Como puede apreciarse, al comparar ambas ilustraciones (11 y 12), la

diferencia principal entre ambas arcillas deriva de su comportamiento tras

alcanzar la tensión tangencial máxima. Así, en el caso de los suelos de alto

contenido en arcilla, la resistencia movilizada puede disminuir de forma muy

47

marcada a medida que se acumulan las deformaciones, llegando a

desarrollar una envolvente de resistencia netamente por debajo de la

proporcionada por c’=0, ’NC . Esta resistencia se denomina residual, que

viene definida por los parámetros de resistencia residual c’r=0, ’r<’NC .

El mecanismo que explica la disminución de resistencia hasta

condiciones residuales proviene de la forma laminada de las partículas que

constituyen los minerales de arcilla. Así, a medida que aumenta el nivel de

deformaciones de corte, las partículas se reorientan progresivamente,

terminando por disponerse en paralelo, disposición mas débil que la

original. La reorientación de partículas se concentra habitualmente en una

banda de delgado espesor, en donde se desencadena la rotura.

Evidentemente, la posibilidad de reducción de resistencia en los

suelos de alta plasticidad puede conllevar a situaciones de gran relevancia

en las obras, por ejemplo cuando éstas hayan de ejecutarse en laderas

previamente deslizadas en las que el nivel de deformaciones ya sufrido por el

material haya podido llevarlo a condiciones próximas residuales.

Para estudiar en laboratorio la resistencia residual se puede emplear

el aparato de corte directo. Para alcanzar el nivel de deformaciones

requerido el procedimiento consiste en efectuar varios recorridos completos

de la caja, llevándola atrás una vez llegado el máximo desplazamiento

horizontal permitido por el sistema y repitiendo el ensayo las veces

necesarias.

A continuación se presentan algunos valores referenciales del ángulo

de fricción para arcillas según la consistencia de éstas, y su plasticidad. Es

importante destacar que estos valores pueden variar dependiendo de la

granulometría del material (presencia de material grueso).

48

TIPO DE ARCILLA Φ’

Baja Plasticidad 24º - 32º

Plasticidad Media 20º - 30º

Alta Plasticidad 17º - 27º

SEGÚN LA CONSISTENCIA

Semidura 25º

Blanda 17º

Tabla 3: Valores referenciales del ángulo de fricción interno para arcillas según su plasticidad y consistencia.

1.7. TEORÍAS DE FALLA

En esta sección se expondrán diversos criterios bajo los cuales se

aceptará que la muestra de suelo ha fallado. Aún no existe una definición

general del concepto de falla, debido a que ésta depende de dos parámetros:

Principio del comportamiento inelástico.

Rotura del material.

Si la resistencia del material está expresada en términos del esfuerzo

cortante máximo que resiste el material, podemos llegar a lo siguiente:

Ilustración13: Gráficos de Falla.

0

8

0 25

τ

δ

A

B

49

Se puede definir la resistencia máxima al corte, cuando se presenta

una falla frágil. Caso A.

No se puede definir fácilmente una resistencia al corte máxima cuando

se presenta un comportamiento de falla plástica. Caso B.

Teoría de la deformación unitaria máxima (Saint-Venant):

Se basa en criterios cinemáticos. Define que la falla ocurre cuando se

alcanza la máxima deformación unitaria que experimenta el material en

compresión o flexión, es decir, cuando el material ensayado se rompe o

fractura.

Experimentos demostraron que en un material sujeto a

deformaciones principales iguales en sus tres dimensiones (aplicando alta

presión hidrostática), no hay rotura aunque las deformaciones en los tres

planos sean muy grandes.

Teoría de Rankine o del máximo esfuerzo normal:

La falla ocurre cuando hay rotura o flujo plástico y es determinada por

el esfuerzo principal mayor. Los mismos experimentos anteriores

desarrollados la hacen ver como inadecuada.

Teoría de Coulomb (Navier):

Esta teoría define la falla cuando un esfuerzo cortante en un plano

alcanza un valor límite máximo. Se acepta que dicho valor límite está en

función del esfuerzo normal que actúa en ese plano y que existe una ley de

variación entre ambos esfuerzos.

50

Teoría de Mohr:

La falla por deslizamiento ocurre a lo largo de una superficie particular

en la que la relación del esfuerzo tangencial al normal (oblicuidad) alcance

un cierto valor máximo. Este valor máximo es una función del acomodo y

forma de las partículas y del coeficiente de fricción entre ellas. No fija la

hipótesis de variación lineal entre el esfuerzo tangencial y normal para definir

la oblicuidad de la superficie critica; dicha ley de variación queda

representada en general por una curva intrínseca (Ilustración 14).

Ilustración14: Curva intrínseca.

Teoría de Mohr-Coulomb:

Es la teoría más usada en la actualidad. Se atribuye la falla al esfuerzo

cortante y se acepta que éste depende del esfuerzo normal actuante en el

plano de falla, se acepta que la relación entre ambos esfuerzos no es

constante.

0

6

0 14

τ

σn

τ =c + tanϕ

51

Ilustración15: Diagrama de Esfuerzos principales.

En principio, los resultados del ensayo de corte directo aportan

solamente un punto (F) del círculo de Mohr de rotura, aquel en que el círculo

es tangente a la envolvente de falla y que representa el estado tensional en

rotura de un plano prefijado: el plano horizontal en la ilustración 15. Sin

embargo, si se traza por el punto (F) una recta perpendicular a dicha

envolvente, es posible localizar el centro (C) del círculo de Mohr, quedando

así determinado el radio (r) del mismo:

Ecuación 7

Además, trazando por (F) una recta horizontal (paralela al plano de

falla) que corta al círculo de radio (r) (círculo de Mohr de rotura), se localiza el

polo (P).

A partir de esta construcción, es posible calcular las magnitudes

de las tensiones principales mayor y menor, σ’1 y σ’3, respectivamente:

0

4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

τ

σn

F

r

τ

σ'3 σ'2 σ'1

Plano principal menor

Φ'

Φ'

Plano principal mayor

Plano de falla Envolvente de falla

P

C

52

Ecuación 8

Las orientaciones de los planos principales mayor y menor, en

los cuales las tensiones tangenciales son nulas, se determinan uniendo el

polo P con los puntos de coordenadas (σ1, 0) y (σ3, 0), respectivamente.

Como el esfuerzo cortante () y el esfuerzo normal (σn) tienen el

mismo significado dado en la construcción del círculo de Mohr, en lugar de

resolver una serie de ecuaciones simultáneas para (c) y para (tgϕ), es

posible dibujar en un plano de ejes coordenados los valores de() contra(σn)

para los diferentes ensayos (generalmente con () como ordenada), dibujar

una línea a través del lugar geométrico de los puntos, y establecer la

pendiente de la línea como el ángulo y la intersección con el eje () como la

cohesión(c), que es la metodología que se empleó en este capítulo para

simplificar el entendimiento del concepto de corte en un cuerpo sometido a

diferentes esfuerzos ortogonales.

( )

53

CAPITULO II:

NOCIONES BÁSICAS DEL EQUIPO DE CORTE

DIRECTO

54

2.1. INTRODUCCIÓN AL EQUIPO

En el desarrollo de éste capítulo se desarrollan variados conceptos

relacionados con las diferentes piezas que componen el equipo de corte

directo AutoShear Machine 27-WF2521,así como también las distintas

funciones que este posee y la forma correcta de emplearlas.

El equipo cuenta con diferentes componentes. A continuación se

describen únicamente los básicos, el resto de los componentes se detallarán

a medida que se desarrolle éste capítulo.

Ilustración16: Vista Superior del Equipo de Corte Directo, (1)Monitor, (2) Panel de Control, (3) Celda de carga.

1 - Panel de Control: El equipo cuenta con un panel de control

constituido por 10 teclas: 4 teclas designadas como F2, F2, F3, y F4, cuyas

funciones varían de acuerdo a lo que muestra la pantalla, 4 teclas de

2 1

3

55

navegación que posicionan el cursor en la ubicación deseada, y 2 teclas con

funciones específicas similares a las de cualquier ordenador, ENT y ESC.

2 - Monitor: Dentro del mismo panel también existe un monitor que al

encender el equipo muestra un menú inicial, desde el cual es posible acceder

a otros submenús y modos de ensayos.

3 - Celda de carga: es la unidad encargada de medir la carga

horizontal aplicada durante el ensayo de corte.

Ilustración17: Vista superior del (5)Soporte de la Caja de corte, (4) Soporte del Transductor Horizontal, Marco de Carga (6), Motor paso a paso (7).

4 - Soporte Transductor Horizontal: Este dispositivo se acopla a

soporte universal, el cual a su vez se acopla mediante un tornillo Alen de

2mm al transductor.

6

4

5

7

56

5 - Soporte de la caja de corte: este recipiente alberga la caja de corte

durante el ensayo, tiene como función principal contener el agua al realizar

ensayos con muestras saturadas. En la mayoría de los dispositivos de corte,

este soporte no es móvil, ya que la mitad de la caja de corte que se mueve

es la mitad superior, pero en el equipo del Laboratorio Austro-Umag sucede

lo contrario, es este soporte que se mueve con la mitad inferior de la caja de

corte, mientras la caja superior se mantiene inmóvil.

6 - Marco de Carga: este dispositivo transmite la carga que producen

las palancas en la parte inferior del equipo mediante pesos muertos (masas),

hacia el plato distribuidor de carga que se ubica en la parte superior de la

caja de corte.

7 - Motor paso a paso: Es el encargado de aplicar la carga horizontal a

la caja de corte, con objeto de hacer que la muestra falle por desplazamiento

durante el ensayo.

También conforman el equipo algunos objetos desmontables y otros,

que se describen a continuación.

Transductor de desplazamiento vertical, junto con dos tornillos de

diferentes tamaños para la sujeción, y una llave Alen. Mide las

deformaciones verticales de la muestra durante el ensayo.

Transductor de desplazamiento horizontal, junto con dos tornillos de

diferentes tamaños para la sujeción en el soporte universal, y una

llave Alen. Mide las deformaciones horizontales de la muestra durante

el ensayo.

Dos Cajas de corte de bronce, cuyas dimensiones son 100 mm x100

mm, y 60 mm x 60 mm respectivamente, un adaptador de color negro

para la caja de corte más pequeña, dos platos de soporte, dos platos

distribuidores de carga y un par de tornillos de alineación.

57

Dos pisones cuadrados para compactar las muestras (100 mm x 100

mm y 60 mm x60 mm)

Dos Cortadores: para dar las dimensiones a las muestras del mismo

tamaño que la sección interna de las cajas de corte.

Placas Ranuradas (8 en total): cuatro porosas y cuatro lisas (un par

para cada caja de corte de cada una), Rejillas porosas metálicas: (4

en total) un par de cada tamaño para cada caja de corte.

2.2. CARACTERÍSTICAS GENERALES

Principio Operativo: El Equipo “AutoShear Machine 27-WF2521” está

diseñado para realizar ensayos de corte directo y residual automáticamente.

Para el ensayo de corte directo se deben preestablecer dos

parámetros antes de comenzar, estos son: la velocidad del ensayo ( ) y el

desplazamiento horizontal estimado en la falla ( )11. El quipo realizará el

ensayo a la velocidad preestablecida hasta lograr el desplazamiento

especificado.

Para el ensayo de corte residual, es posible preestablecer hasta 9

ciclos de desplazamiento horizontal. Cada ciclo se puntualiza por el

movimiento horizontal, hacia delante y atrás de la caja de corte, en los cuales

el desplazamiento horizontal es el mismo en ambas direcciones, sin embargo

es posible que la velocidad difiera. El equipo automáticamente realizará la

cantidad de ciclos preestablecidos (desde 1 hasta 9) a las velocidades

seleccionadas, invirtiendo la dirección del movimiento al alcanzar el

desplazamiento máximo preestablecido para cada ciclo.

El equipo AutoShear Machine 27-WF2521puede operar bajo dos

configuraciones diferentes:

11

Ambos parámetros serán estudiados con mayor profundidad durante el desarrollo del capítulo 4.

58

Modo Stand Alone.

El sistema de control de microprocesador permite al equipo funcionar

de manera automática: las mediciones de prueba (la fuerza y

desplazamientos) se muestra directamente en pantalla y se almacenan en la

memoria de acuerdo con modos predefinidos de grabación. El uso de la PC

es sólo temporal para descargar los datos de prueba a través del puerto

serial RS232, una vez concluida la prueba, o durante el transcurso de la

misma.

Se pueden seleccionar diferentes protocolos de comunicación para la

descarga de datos:

En formato ASCII, para su uso con Windows HyperTerminal.

Formato CONTROLS, para su uso con 82-Q0800/TRM.

Formato de GEOLAB2000, para su uso con 30-T0601/IMP, el cual es

un software diseñado para convertir los datos de los ensayos a un

formato compatible con el software Geolab2000.

Modo Red

El funcionamiento en modo red es utilizado para controlar varios

ensayos a la vez mediante un sólo PC. Para esto es necesario es software

Geolab2000 y otros accesorios físicos que no están disponibles en el

laboratorio Austro-Umag, por lo tanto no se profundizará en este tema.

2.3. INSTALACIÓN.

La maquina debe ser instalada en un sector del laboratorio que sea

adecuada para equipos electrónicos avanzados tanto en la ventilación,

humedad y temperatura (se recomienda contar con un sistema de aire

acondicionado).

59

Se debe montar el sistema de aplicación de carga vertical (marco de

carga y el brazo de palanca), dejándolo correctamente ensamblado y

equilibrado de forma que los pesos puedan ser colocados correctamente.

Posteriormente se deben conectar los cables en el panel posterior de

la consola según indica la ilustración 1812

Ilustración18: Vista del Panel posterior del Equipo.

Fuente de poder.

Conector de la Celda de carga al puerto 1.

Conector del transductor de desplazamiento horizontal en puerto 2.

Conector del transductor de desplazamiento vertical en puerto 3.

12

Este es el sistema estándar de conexión, existen otras configuraciones de conexión (se requiere accesorio especial) en caso que se desee conectar más de un equipo, o conectar los sensores directamente al PC.

Celda de Carga

Transductor Vertical

Transductor Horizontal

Puerto RS 232

60

Cable serie a la RS 232.

Se debe tener especial cuidado de acoplar cada conector en su

respectivo puerto, ya que el equipo sólo acepta sensores de carga en el

puerto indicado para tal fin. No se deben conectar los anillos de carga en los

puertos de los transductores electrónicos de desplazamiento.

Una vez realizada todas las conexiones se debe proceder a conectar

el equipo a la red eléctrica, verificando que el interruptor del costado derecho

del equipo se encuentre abierto. Una vez encendido el quipo se debe

presionar la tecla F1 para regresar la unidad a la posición inicial (HOME).

2.4. MENÚ PRINCIPAL

Cuando la máquina está encendida, el menú principal muestra la

siguiente captura en el monitor: (Ilustración 19).

Ilustración19: Vista del Menú Principal.

Los cuatro iconos que aparecen en la derecha están relacionados con

las cuatro teclas del teclado (F1), (F2) (F3) y (F4) y tienen un uso diferente

con los distintos menús del firmware.

61

En la página del menú principal de los cuatro iconos indican lo

siguiente:

(F1) = posición inicial. Para devolver el pistón horizontal

de nuevoal punto cero (posición inicial). Una vez que la posición cero es

alcanzada, el motor se detiene automáticamente.13

(F2) = flecha arriba. Para mover el cursor una posición

hacia arriba.

(F3) = flecha. Para mover el cursor una posición hacia

abajo.

(F4) = ENTER. Para aceptar la última orden dada, o

confirmar la selección. (F4) La misma función también se

activa pulsando la tecla "ENT".

La parte inferior de la pantalla muestra:

Versión de firmware.

Fecha / hora.

Nivel de carga de la batería de respaldo.

Cuando la batería está completamente cargada la unidad mantendrá

los datos registrados, incluso si la unidad está apagada durante

aproximadamente un año. Cada vez que la máquina se encienda, la batería

se recargará.

13

La tecla (F1) está generalmente asociado a la función ESCAPE (Cancelar): es decir, no aceptar el último comando de entrada o para volver a la pantalla anterior. El mismo comando se puede activar pulsando ESC.

62

Si la máquina no se utiliza durante algún tiempo, el indicador mostrará

que la batería de respaldo no está totalmente cargada, después de unos

minutos es posible observar que el nivel de carga irá en aumento. El tiempo

necesario para cargar completamente la batería (de una condición totalmente

descargada) es de aproximadamente 12 horas. Cuando la máquina se

instala por primera vez, se recomienda dejarla encendida por varias horas a

fin de cargar completamente la batería, incluso si no se lleva a cabo ningún

ensayo.

Selecciones del menú principal:

Test running: Para seleccionar los ajustes de la prueba del tipo: directa

o residual.

DeleteBlocks:Para operar en los bloques de los datos registrados.

Options:Para seleccionar la configuración del equipo: la hora / fecha,

idioma, modo de descarga de datos.

Calibration: Para controlar o calibrar los transductores en unidades

físicas.

Manual mode:Para controlar manualmente y operar la máquina.

Presionar (F2) / (F3) para desplazar hacia arriba o abajo el cursor a la

selección deseada y pulsar ENT (F4).

2.5. TEST RUNNING.

La pantalla propondrá seleccionar el tipo de prueba a realizar:

DirectShear (Corte Directo).

Residual Shear (Corte Residual/cíclico)

63

Parámetros para el ensayo de Corte directo (fig. 20):

Forward speed (velocidad de avance) desde 0,00001 hasta 11,0000

mm/min

Displacementlimit (límite de desplazamiento) desde 0 hasta19 mm,

compatible con el desplazamiento del transductor horizontal.

Forcelimit (kN)(Fuerza límite) generalmente la escala total del

transductor de fuerza.

Time limit (plazo límite) desde 1 hasta 9999 min en la etapa de corte.

Utilice las flechas, las teclas (F2), (F3) para seleccionar e ENTER o

(F4) para confirmar.

Ilustración20: Parámetro para el ensayo de Corte Directo.

Es necesario confirmar las modificaciones efectuadas antes de salir

del menú. Si no, se mantendrán las opciones anteriores.

64

Parámetros para el ensayo de corte residual: (fig. 21)

Number of cycles (número de ciclos) cada uno incluye el avance y

retroceso (hasta 9)

Test speed in mm/min (velocidad del ensayo en mm/min) (avance y

retroceso que pueden diferir la una de la otra dependiendo de las

condiciones en las que se desea investigar.

Displacement limit( desplazamiento límite) (desde 0 hasta 19 mm,

compatible con el desplazamiento del transductor horizontal)

Force limit(fuerza límite) generalmente la escala total de la fuerza del

transductor. (kN)

Time limit(tiempo límite) (desde 1 hasta 99999 min) duración del

ensayo completo.

Usar el cursor, las teclas (F2), (F3) para seleccionar y ENT o (F4) para

confirmar.

Ilustración21: Parámetros Para el ensayo de Corte Residual.

65

Recording Mode (Modo de grabación)

Esta opción está relacionada con el registro de datos durante la

realización de los ensayos, los datos adquiridos son almacenados en

bloques de memoria del sistema”'Automax”, los cuales se mantienen

almacenados hasta que el operador los elimine. Los datos pueden ser

transferidos posteriormente al PC.

Se pueden establecer 3 tipos de modos de grabación:

Lineal

Polynomial ( )

Exponential ( ) ( )

donde:

dT: Intervalo de tiempo en minutos (es decir, una lectura por cada

intervalo de tiempo)

(i): Número de lecturas, partiendo desde el inicio del ensayo (por

ejemplo: 1, 2, 3… mientras el ensayo se esté ejecutando)

T(i): Tiempo de grabación expresado en minutos, en función de (i)

Están disponibles otros 3 modos de grabación, en función algunos

eventos tales como:

Fuerza (N)

Desplazamiento Horizontal (mm)

Desplazamiento Vertical (mm)

Durante el ensayo, cuando la fuerza (o el desplazamiento vertical u

horizontal) sobrepasa un valor preestablecido, se registra una nueva fila de

66

datos14. También es posible combinar 2 modos diferentes (como por ejemplo

“lineal” + “fuerza”).

Ilustración22: Parámetros para el registro de datos.

De la primera fila (MODE)se deben presionar las teclas (flechas) para

seleccionar el modo de grabación y pulsar ENT para confirmar la selección.

Para definir el intervalo de tiempo que definirá la frecuencia grabación

del modo seleccionado, se deben presionar las teclas de funciones (F)

ajustar los dígitos. Las teclas en este modo funcionan de la misma manera

que en el menú principal, y en el caso de la imagen precedente los dígitos

son (1.00)15.

Comienzo del ensayo.

Cuando todos los parámetros se han establecido, acceda al menú

“Start Test”. En general, esta página muestra la situación de la última

prueba realizada:

14

El concepto de fila se refiere a una secuencia de datos en forma horizontal almacenado en un bloque de memoria. 15

En la prueba de corte residual, el modo de grabación debe ser ajustado para cada ciclo.

67

Ilustración23: Comienzo del Ensayo.

La pantalla muestra la siguiente información:

Fecha.

Hora.

Velocidad del Ensayo.

Tipo de ensayo (Corte directo o residual).

Número de ciclos (Sólo para corte residual).

Modo de Grabación.

Estado del ensayo (ejecutándose, completo o en pausa).

Lecturas actuales de los transductores en unidades físicas.

Número del bloque de memoria actualmente en uso.

Comando para borrar (hacer cero) la lectura del canal

correspondiente

Comando para pausar el ensayo.

Comando para crear un nuevo bloque de memoria para guardar los

datos.

68

Comando para descargar el actual bloque de memoria al PC

Comando para descargar todos los bloques de memoria al PC.

Comando para salir del menú.

Comando para volver al inicio (“Home”). Así se inicia el motor con

el fin de devolver el pistón de empuje a su posición inicial. Este

comando se usa habitualmente al final de cada ensayo para dejar

el equipo preparado para el siguiente ensayo.

Antes de insertar la caja de corte con la muestra, pulse la tecla “Home”

para volver a la posición inicial. Se debe preparar el equipo para el ensayo,

colocar la caja de corte con la muestra y los accesorios16.

Se debe insertar el tornillo del marco de carga en la posición

adecuada sobre el conjunto de la caja de corte (Ilustración 24), acomodando

la posición de la palanca al ajustar el tornillo del marco (situado en el centro

de la viga transversal de éste. Es importante tener en cuenta que si se desea

consolidar la probeta por saturación, el tornillo de nivelación inferior debe

estar sosteniendo el peso de la palanca, de manera que la probeta no reciba

carga a través del tornillo del marco, pero al comenzar la consolidación por

carga, es necesario hacer descender éste tornillo, ya que al aplicar la carga,

el volumen de la probeta disminuirá, haciendo descender el tornillo del marco

junto con la palanca, y si el tornillo nivelador de la palanca no se encuentra lo

suficientemente alejado de ésta, quedará apoyada sobre el tornillo,

transmitiéndose la carga a través del tornillo y no a través de la muestra.

16

La preparación de la muestra se detalla en el capítulo 4.

69

Ilustración24: A – Montaje del Marco de carga (8) sobre la placa distribuidora de Carga. Tornillo del Marco de carga (9), Burbuja de Nivelación (10), Tornillo de Nivelación Inferior (11), Palanca

(12).

El siguiente paso es posicionar los transductores de desplazamiento

(completamente extendido el horizontal, y la mitad del recorrido el vertical). El

transductor de desplazamiento horizontal está ensamblado en un bloque de

montaje universal de color negro, y es fácilmente diferenciable del

transductor de desplazamiento vertical, ya que a diferencia de este último,

posee un vástago de dimensiones notablemente superiores. Al desplazar

manualmente los vástagos se deben observar variaciones en el monitor del

equipo. 17

El transductor de Fuerza debe ser tarado en cero después de ser

posicionado correctamente y ser asegurado al conjunto de la caja de corte,

respetando que la lectura de la fuerza sea siempre muy cercana a cero. Si es

necesario no sobrecargar el transductor y la caja de corte, se puede girar la

perilla de ajuste en el lado derecho del transductor de fuerza, para mantener

la cercanía de la lectura de fuerza a cero.

Antes de comenzar la prueba de corte se debe verificar:

Que los tornillos de alineación vertical han sido removidos.

17

En la sección 3.7.4 se profundizará el modo correcto de montar los transductores.

10

8

9

12

11

70

Que los transductores han sido fijados en cero: (el de fuerza horizontal

y, los de desplazamientos).

Para comenzar el ensayo se debe pulsar la tecla ENT, la pantalla

mostrará continuamente en tiempo real las lecturas de la fuerza horizontal,

vertical y el desplazamiento horizontal, además de otra información relativa a

las condiciones de prueba:

Número de ciclo (para el corte residual).

Bloque de memoria en uso.

Para detener/pausar la prueba, simplemente se debe pulsar la tecla de

comando adecuado, y para continuar con el ensayo hay que presionar la

misma tecla con la que se pausó.

Cuando el ensayo está en marcha, siempre es posible:

Descargar los datos de prueba del bloque actual al PC.

Crear un nuevo bloque para los datos posteriores, sin detener el

ensayo actual. (recordar que la capacidad de memoria máxima es de

5000 líneas de lecturas).

La prueba de corte se detendrá automáticamente cuando se cumpla

una de las siguientes condiciones:

Se han completado los ciclos preestablecidos.

La máquina ha alcanzado uno de los límites preestablecidos (fuerza,

el desplazamiento o el tiempo).

El interruptor de seguridad de desplazamiento máximo detiene el

ensayo.

El operador presiona ESC.

71

Cuando se haya completado la prueba, se debe liberar la tensión

horizontal haciendo girar la perilla de ajuste en el lado derecho del

transductor de fuerza, luego quitar el yugo de carga vertical y conjunto de la

caja de corte con la muestra.

Antes de comenzar con una prueba nueva, presionar HOME para

volver el pistón a su posición inicial.

Desmontaje del Soporte Móvil.

Al final de cada ensayo el soporte móvil (F), donde se encuentra el

conjunto de la caja de corte, regresa automáticamente a su posición inicial.

Si es necesario, para la limpieza o mantenimiento o para engrasar los

rodamientosubicados por debajo, el soporte móvil puede ser extraído

fácilmente. Para hacerlo realizar lo siguiente:

Ilustración25: Componentes del equipo de corte directo utilizados en el desmontaje del soporte móvil.

Tornillos Horizontales B Bloque de Carga E

Soporte Móvil F Tornillo Vertical A Tuercas Moleteadas D

72

En primer lugar se debe utilizar un recipiente plástico para extraer y

contener el agua del interior del soporte móvil.

Se debe desenroscar el tornillo vertical moleteado (A) para extraer el

bloque de montaje del transductor de desplazamiento horizontal. El

conjunto del bloque de montaje y el transductor puede ser ubicado en

la parte superior del sistema de bloqueo de la celda de carga

(Ilustración 26).

Posteriormente se procede a desenroscar las tuercas (D) para

remover la célula de carga.18

Ilustración26: Desmontaje del Transductor de desplazamiento Horizontal.

18

No es necesario removerla por completo, basta con desenroscar la tuerca cercana al bloque de carga para poder extraer el Soporte Móvil.

Bloque de Carga E

Sistema de Bloqueo de la celda de Carga

73

A continuación se deben ajustar el par de tornillos horizontales (B)

para liberar la placa vertical adosada al soporte móvil, en el extremo

cercano al bloque de carga.

Si es necesario, también es posible desajustar los dos tornillos

horizontales (C) (Ilustración 27) situados cerca de la base del bloque

de carga (E), (que permite a la fuerza horizontal ser transmitida desde

la célula de carga hasta el conjunto de la caja de corte), y extraerlo.

Ilustración27: Tornillos Horizontales que aseguran el bloque de carga al equipo.

Finalmente es posible extraer el soporte móvil (F).

Tornillos Horizontales A

74

Posicionamiento de los transductores de desplazamiento.

Los transductores de desplazamiento utilizados en el equipo de corte

directo son montados sobre un bloque de montaje universal, y se fijan en las

piezas de soporte pertinente del equipo para la medición del desplazamiento

vertical y horizontal (fig. 28).

Ilustración28: Montaje del Transductor de desplazamiento Horizontal. Orificio de fijación.

Para asegurar el cuerpo del transductor, se debe ajustar el tornillo

ubicado en el orificio de fijación (G) (Ilustración 28) con una llave Allen de 2

mm., sin forzar, para no dañar el cuerpo del transductor.

El transductor para el desplazamiento vertical de 10 mm. de rango,

tiene un recorrido de unos 14 mm. Para obtener una medición correcta se

requiere ampliar el rango al menos 4 mm. desde la posición de máxima

compresión. En teoría el transductor vertical debiese ser instalado desde la

posición de máxima compresión, ya que al aplicar la carga vertical la altura

de la probeta debiese disminuir provocando la descompresión del vástago de

Orificio de Fijación G

75

transductor, pero se debe considerar que es posible que el suelo a ser

ensayado sea un suelo expansivo, lo que provocaría que el transductor

siguiese comprimiéndose, hecho que sería imposible si el transductor fue

instalado en su posición de compresión máxima.

Ilustración29: Transductor de desplazamiento Vertical ya instalado.

Soporte Transductor

Vertical

Transductor Vertical

76

2.6. GESTIÓN DE LOS BLOQUES DE MEMORIA.

Ilustración30: Menú principal, el cursor muestra el submenú con las opciones disponibles para la gestión de los bloques de memoria.

Eliminar bloques de memoria

El número de bloques de memoria, (donde los datos de cada paso de

los ensayos son registrados y almacenados), se incrementa

automáticamente cuando se inicia una nueva etapa.

El límite de este procedimiento automático es el número máximo de

líneas que se pueden almacenar (5000 líneas). Por lo tanto, cuando sea

necesario, es posible restablecer los bloques de memoria y eliminar todos los

datos almacenados. Para esto, desde Menú principal (Fig.30), es necesario

ejecutar el comando "Delete Blocks"(eliminar bloques). El equipo pedirá la

confirmación para esta acción, mostrándose en pantalla la advertencia

“Confirm?" (¿Confirmar?). Para confirmar de debe pulsar la tecla ENT, o ESC

para abortar. Si se confirma la orden, la pantalla mostrará: "Are you really

77

sure?"(¿Está realmente seguro?). Pulse nuevamente ENT para continuar o

ESC para cancelar19.

Descarga de bloques.

Los datos registrados en un ensayo se almacenan en un solo bloque,

para descargar estos datos al P.C. sólo se tiene que seleccionar el bloque

correspondiente y seguir las instrucciones para la descarga de datos20.

2.7. OPTIONS (Opciones)

El menú de opciones activa las siguientes opciones:

Language (Idioma).

Clock setting (Ajuste del reloj).

Text Data Format Menu - Formato de transmisión de la descarga de

datos a través del puerto RS 232 de serie.

Ilustración31: La ilustración muestra el submenú de Opciones.

19

Una vez eliminados todos los datos grabados, no pueden ser recuperados. 20

Este tema se profundiza en las secciones 3.9.

78

Language Set Up (Selección de idioma): Utilice las teclas de flecha

vertical (arriba y abajo) para hacer la selección entre Inglés e Italiano.

Pulse ENT para confirmar.

Clock Set Up (Ajuste del reloj): utilice las teclas de flecha vertical

(arriba y abajo) para hacer la selección. Pulse ENT para pasar de un

campo a otro y ESC al final de la entrada para volver al menú anterior.

Text Data Format Menú (Menú de formato para la transmisión de

datos): para descarga a través del puerto serie RS 232.Se muestra el

siguiente submenú al seleccionar esta opción:

Ilustración32: Muestra las opciones de protocolos de comunicación, dentro del submenú “text data format output”

Hay tres opciones disponibles:

Real Time Data Output: (descarga de datos en tiempo real) los datos

son descargados cuando la prueba está en marcha.

D - Terminal Output: (Descarga D-Terminal) los datos son

descargados en formato ASCII.

Geolab2000 Output (Descarga Geolab 2000): formato compatible con

el software Geolab 2000 (se requiere el software 30-T601/IMP).

79

La unidad de Automax del equipo de corte directo está equipada con

un puerto serial RS232 para conexión a PC. El segundo puerto no se

encuentra activo, por lo tanto, debe ser ignorado.

Para los modos "Real Time " y "D Terminal”, los datos se descargan

en formato ASCII durante el transcurso de la prueba o cuando ya haya

finalizado. En ambos casos los datos se almacenan en bloques de memoria

diferentes y se mantiene hasta que se ejecuta el comando DELETE

BLOCKS.

En el modo “D Terminal", cuando la prueba está en curso, es

necesario pulsar la tecla de transmisión de datos en la unidad para comenzar

a transmitir.

En el modo "Real Time ", cuando la prueba está en curso y el PC está

conectado, los datos son descargados de forma automática, de acuerdo con

el modo de grabación predeterminado. Si el P.C. está temporalmente

desconectado, los datos se descargarán cuando vuelva a conectarse.

2.8. CALIBRATION (Calibración)

El menú de calibración permite calibrar cada uno de los canales a fin

de reducir cualquier error con respecto a una lectura de referencia. Es

posible, para cada canal, para hacer una calibración lineal (con un factor de

calibración individual) o una calibración polinominal (con varios factores que

el firmware calcula automáticamente)21.

21

Este menú posee funciones avanzadas y sólo se debe ingresar a él cuando el equipo requiera ser calibrado.

80

Ilustración33: Menú de Calibración.

Se debe seleccionar el canal a ser calibrado y el tipo de calibración a

realizar. A continuación se describen los tipos de calibraciones.

Calibración lineal.

El menú de calibración lineal muestra los canales activos y sus

factores de calibración. El factor de calibración multiplica la señal digital del

transductor (la fuerza o de desplazamiento) para mostrar las lecturas en

unidades físicas. Para una determinada aplicación de fuerza o

desplazamiento, las lecturas se incrementarán con el factor de calibración, y

viceversa.

Antes de iniciar el control de calibración, debe ser posible observar

que, mientras se aplica una fuerza o de desplazamiento, las mediciones del

transductor que se muestran están cambiando. También debe observarse

que la lectura mínima de cada transductor (que corresponde a la posición de

reposo) es un número positivo (> 0). Esto depende del ajuste a cero del

hardware (ajustado en la fábrica y no accesible por el operador).

81

Para calibrar realizar lo siguiente:

Seleccione el canal a calibrar. Pulse ENTER para pasar de un canal a

otro, el cursor se posiciona en el factor de calibración del canal

seleccionado. La calibración sólo tendrá efecto en el canal

seleccionado.

Pulse (F3) para ponerlo en cero.

Aplicar para el transductor de fuerza (o desplazamiento), medidas

exactas, con la adecuada referencia del instrumento calibrado y

comparar las lecturas en la pantalla y en el instrumento de referencia.

Calcular el error como la diferencia entre las dos lecturas, expresado

como porcentaje se refiere a la lectura de referencia. Si el error está

fuera de los límites previstos (generalmente 1%), es necesario ajustar

el factor de calibración.

Utilice las teclas de flecha verticales para aumentar o disminuir los

dígitos.

Utilice las teclas de flecha horizontal para pasar de un dígito a otro.

Una vez cambiado el factor, pulse ENTER para que el nuevo factor de

calibración afecte de inmediato la lectura visualizada.

Continúe de esta manera hasta que el error se reduce dentro de los

límites requeridos. Se recomienda un valor de aprox. 50% de la escala

total sea utilizado para este tipo de calibración.

A continuación vuelva a cero y repita el procedimiento hasta que la

calibración esté dentro de los límites admisibles.

Calibración Polinominal

El menú de calibración polinominal permite la calibración automática

de los canales activos (fuerza / desplazamiento) para reducir los errores a lo

largo de toda la gama de medición, especialmente en el rango por debajo del

10% de la escala completa. Es necesario realizar 6 pares de lecturas (una

82

del transductor a calibrar y otra desde el instrumento de referencia). La

unidad de Automax procesará los datos para calcular la curva de calibración

(ecuación polinoiminal hasta de 5to grado).

Antes de acceder al menú de calibración, guarde los valores digitales

que se muestra en el "Unactive Calibration Mode", utilizando un instrumento

de referencia.

Las lecturas digitales generalmente se registran en el rango entre 10%

y el 100% de la escala completa.

Para lograr una alta precisión en el primer rango, hacer lecturas

debajo de 10% pero no menos del 1%.

Los datos registrados (es decir, los datos digitales que aparecen en la

pantalla y los datos correspondientes en la unidad física del instrumento de

referencia, se utilizará en el procedimiento de regresión polinómica. Por lo

tanto, se recomienda registrar el valor real (es decir, del instrumento de

referencia) y el valor correspondiente mostrado. Es necesario obtener seis

pares de lecturas para realizar la calibración.

Antes del siguiente paso, le recomendamos hacer una evaluación

sencilla sobre la linealidad del sistema y el mejor rango en que debe ser

realizada calibración. La pantalla ofrece la posibilidad de realizar la

calibración del polinomio en varios puntos (hasta 6) que luego se procesan

automáticamente a fin de compensar la no linealidad del sistema.

Si el transductor es lineal y la gama actual de medición es entre 10-

20% y el 100% de la escala, la calibración de polinomio no es necesaria. Se

debe realizar la calibración lineal como el procedimiento estándar.

83

Si se requiere la mejor precisión (error inferior al 1% a lo largo de toda

la gama), se recomiendan los siguientes seis puntos: 0%, 1%, 3%, 5%, 10%,

50-70%.

Entre al menú de regresión polinómica seleccionando el canal

adecuado.

Ilustración34: Datos de calibración.

La pantalla mostrará los valores correspondientes a la última

calibración (si la máquina ha sido previamente calibrada en el modo de

polinomio). De lo contrario serán mostrados los valores por defecto.

La primera columna de la izquierda: Las mediciones del instrumento

de referencia en unidades físicas.

Segunda columna: Valores digitales correspondientes a los del equipo.

Tercera columna. Factor de calibración calculado por la unidad de

Automax.

El procedimiento consiste en insertar los datos en pares (puntos)

previamente grabados, a partir de los sensores.

84

En cada caso introducir: En la primera columna la medición de

referencia expresada en unidades físicas. En la segunda columna los

correspondientes datos mostrados por Automax.

El primer par de datos deben ser forzados a cero (ambos valores). De

lo contrario, la calibración puede ser distorsionada por un ajuste a cero.

Utilice las teclas verticales para ingresar los valores, y la tecla ENT

para ir a la siguiente casilla.

Cuando un valor se ha confirmado con la tecla ENT, no puede ser

modificado. Por lo tanto, se debe tener cuidado de no introducir valores

incorrectos.

Al completar toda la tabla introduciendo los seis pares de lecturas,

presione ESC para volver a la pantalla anterior.

Para comprobar la calibración de nuevo, entrar en el modo manual,

seleccionar "Calibration Active" y comparare las lecturas mostradas con las

mediciones del instrumento de referencia.

2.9. MANUAL MODE (Modo manual)

El "modo manual" es un procedimiento que se utiliza normalmente a lo

largo de la calibración. En este menú es posible comprar las lecturas de los

distintos sensores teniendo en cuenta los factores de calibración generados,

y también cuando no están condicionadas por ningún factor de calibración.

Al acceder a este menú, la pantalla muestra dos opciones:

Active Calibration (Calibración Activa): las lecturas de la fuerza y el

desplazamiento se muestran en unidades físicas, ya teniendo en cuenta los

factores de calibración guardados desde el menú de calibración.

85

Unactive Calibration (calibración no activa): las lecturas no están

condicionados por ninguna calibración y pueden ser utilizadas como

referencias para la calibración automática polinomial.

Pulse ENTER para poner simultáneamente en cero las lecturas de los

tres canales.

Pulsar UP y DOWN para mover el pistón horizontal hacia delante o

hacia atrás respectivamente. La tasa de desplazamiento será de unos

3mm/min.

El motor paso a paso se detendrá automáticamente cuando se

alcance el recorrido completo en ambas direcciones. Cuando el pistón

alcanza el recorrido máximo, el motor sólo puede ser activado para mover el

pistón en la dirección opuesta.

Con el motor detenido, presione la tecla ESC para salir de este menú.

2.10. DESCARGA DE DATOS CON HYPER TERMINAL22.

Hyper Terminal es un software de Microsoft incluido en las versiones

anteriores a Windows XP inclusive, aunque también puede ser instalado en

el PC para versiones posteriores de dicho sistema operativo.

Para iniciar Hyper Terminal desde Windows XP se deben seguir las

siguientes instrucciones:

Desde Windows, haga clic en Inicio, Todos los Programas, Accesorios

y, finalmente, COMUNICACIONES.

Haga clic en Hyper Terminal.

Si se le solicita, no seleccione la instalación de un módem.

22

HyperTerminal es un software de comunicaciones utilizado para conectarse desde un pc a otros equipos a través de módems, serie RS-232 conexiones, o telnet.

86

Dé un nombre a la conexión (por ejemplo, CORTE).

Para la solicitud de "conectar a..." elegir entre COM1, COM2 ... COMX

(donde X es el puerto serie utilizado en el PC) y posteriormente

confirmar.

Se debe establecer la configuración de la comunicación de datos del

Puerto según muestra la siguiente tabla:

Modo de

Transmisión Real Time D Terminal Geolab 2000

Bits por

segundo 38400 38400 9600

Bits de datos 8 8 8

Bits de parada 1 1 1

Paridad Ninguna Ninguna Ninguna

Tabla 4: Configuración para transmisión de datos con Hyper Terminal

Una vez que esto se ha confirmado la ventana de configuración

desaparecerá.

Para insertar el icono de Hyper Terminal.

Seguir el procedimiento indicado por Windows para crear un acceso

directo a la nueva conexión "CORTE".

Cómo transmitir datos:

Acceda a la conexión "CORTE DIRECTO" el icono, y desde el menú

principal de Hyper Terminal acceder a los iconos de la barra de herramientas:

DESCONECTAR: para detener la transmisión de datos.

LLAMAR: para abrir de nuevo la transmisión de datos.

87

Ilustración35: Configuración Hyper Terminal.

Ahora, una página en blanco de Hyper Terminal se mostrará. El PC

está preparado para recibir datos a través del puerto serie seleccionado. Los

datos recibidos se muestran pero no son guardados, por lo tanto, para

almacenar los datos recibidos en un archivo la función “Capturar texto…”

debe activarse. Para ello, seleccione la opción “Transferir” y luego la

“Capturar texto…”.Ahora seleccione la carpeta y el nombre de archivo (.txt)

en la que los datos se almacenarán. Haga clic en Iniciar para comenzar la

captura de los datos transmitidos. A partir de este momento todos los datos

recibidos del puerto serie se guardará en el archivo seleccionado.

Para terminar el proceso, simplemente haga clic en “Transferir”, luego

en “Capturar texto…” y luego salga de la aplicación.

Cuando Hyper Terminal está cerrado, aparecerá un mensaje

solicitando guardar la sesión de trabajo actual, si se guarda, para la próxima

ejecución basta con recordar la conexión a través de la denominación que le

ha sido dada (por ejemplo, AUTOSHEAR).

88

2.11. SYSTEM MENU - MENÚ OCULTO.

El software Automax tiene un menú oculto que permite el acceso a las

funciones descritas a continuación. Estas funciones sólo son necesarias en

casos extraordinarios, por ejemplo, al cambiar el tipo de sensores, o en los

fallos del sistema del equipo:

Introducir las escalas: para establecer las escalas de los tres canales.

El correcto ajuste permite el mejor uso de la resolución. No cambie la

configuración de fábrica.

Ingreso del número de serie: ingresado de fábrica y no debe ser

cambiado, excepto en el caso de restablecimiento general de la máquina.

Restauración total del sistema: Esta operación elimina toda la

información guardada: la calibración, el número de canales activos y su

escala, la selección de idioma, unidades de medida, etc, no use esta función,

salvo que esté autorizado por el servicio técnico.

Para acceder a este menú debe mantener presionada la tecla UP al

encender el equipo.

¿Cómo continuar un ensayo después de un corte de energía?

Si una falla de energía se produce cuando un ensayo (directo o

residual) está en curso, es posible reiniciar la prueba exactamente de la

posición en la que fue interrumpido. La unidad de control electrónico puede

almacenar en forma instantánea la posición exacta del pistón y calcular el

desplazamiento necesario para completar la prueba, según el

desplazamiento preestablecido. La configuración inicial de los transductores

es también almacenada. Así que, cuando regrese la energía después de un

corte, la prueba continúa automáticamente.

89

CAPITULO III:

ENSAYO DE CORTE DIRECTO

90

Nociones básicas del Ensayo de Corte Directo.

Durante el desarrollo de este capítulo se expondrá la metodología

básica para realizar un ensayo de corte directo, aunque cada ensayo debe

ser adecuado a las condiciones que representen de mejor manera el

escenario bajo el cual se desean investigar determinadas propiedades.

Al hablar del ensayo propiamente tal, nos referimos únicamente a la

etapa de corte, pero este capítulo señala además algunas recomendaciones

para la toma de muestras, el almacenaje y el traslado. Además, señala cómo

confeccionar las probetas previas al ensayo. Cabe señalar que el ensayo

posee varias etapas, pero principalmente se divide en dos, la de

consolidación y la de corte. La de consolidación es sumamente relevante ya

que de ésta se desprenden algunos parámetros que definirán las

características del ensayo de corte, tales como la velocidad del ensayo y su

duración. También se describirán algunos procedimientos empíricos para la

realización de otras actividades, tales como la selección de la caja de corte y

las placas a utilizar, que son tareas que no tienen una metodología única de

realización, y su ejecución responde más a una decisión práctica mas que

teórica.

Como es mencionado en la introducción, este capítulo es una

adaptación de la norma ASTM D 3080, que señala cómo realizar un ensayo

de corte directo bajo una condición drenada y consolidada de la probeta,

pero además se presenta un procedimiento alternativo para realizar ensayos

no drenados y no consolidados.

A grandes rasgos, el ensayo de corte directo es utilizado para obtener

el valor de la resistencia al corte del suelo ensayado y es aplicable a todo

tipo de suelos, teniendo limitaciones, únicamente en las dimensiones de la

caja de corte del equipo que se emplee.

91

Lo cual consiste esencialmente en:

Toma de muestra y confección de la Probeta

Colocación de la probeta de ensayo en el equipo de corte directo, ya

sea en condición húmeda o drenada, o ambas.

Consolidación de la probeta bajo una tensión normal (en el caso que

el ensayo requiera consolidación).

Corte de la probeta; se desbloquean los armazones que contiene la

probeta y la parte inferior de la caja de corte se desplaza

horizontalmente (con la mitad inferior de la muestra de suelo en su

interior) con respecto a la parte superior de la caja de corte.

Mediciones; se toman mediciones del desplazamiento y la fuerza

aplicada a la probeta en intervalos regulares durante el transcurso del

ensayo.

3.1. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA.

Tamaño de la muestra:

El procedimiento para preparar depende de las condiciones en qué se

desea realizar el ensayo, y al tipo de suelo que se desea ensayar.

Para generar una recta, geométricamente sólo se requieren las

coordenadas de dos puntos, pero para el caso de la recta de falla de un

determinado tipo de suelo tres ensayos. Mientras mayor se la cantidad de

puntos, indudablemente mayor será la representatividad de la recta en el

comportamiento de ese tipo de suelo. Por lo tanto, se debe tener en cuenta

que para realizar los cálculos necesarios con el fin de obtener la recta de

falla del suelo, y por consiguiente la cohesión y el ángulo de fricción interno,

92

es necesario realizar por lo menos dos ensayos, aunque es recomendable23

realizar por lo menos un mínimo de tres ensayos.

Es necesario entonces contar con la cantidad necesaria de material

para realizar los ensayos estimados requeridos. La norma no establece

valores mínimos para realizar éste ensayo, sólo señala que se debe contar

material suficiente para conformar como mínimo 3 probetas. Como

referencia, suele ser suficiente un kilogramo de material para realizar

ensayos con la caja de corte más pequeña, y dos kilogramos de material

para realizar ensayos de corte con la caja de mayor tamaño. Esto es válido

sólo para probetas remoldeadas, ya que para probetas inalteradas la

cantidad de material dependerá de la cantidad de muestras que se extraigan.

Debido a las dimensiones de la caja de corte del equipo, el ensayo se

debiese limitar a partículas con un diámetro máximo del tamaño de la

partícula menor a 10mm (en caso que se utilice la caja de corte de ancho

10cm) y un diámetro máximo del tamaño de la partícula menor a 5mm (en

caso de utilizar la caja de corte de 6cm de ancho)24, pero el tamaño de las

partículas también está condicionado por el espesor de la probeta, el cual

debe ser mayor a seis veces el diámetro máximo de la partícula, y a su vez

siendo inicialmente de 12 mm como mínimo, además la relación con el ancho

de la probeta (ancho : espesor) debe ser de 2:1 como mínimo.

Lo anterior es posible simplificarlo si se toma en cuenta que los

moldes cortadores que se utilizan para trabajar las muestras generan

probetas de 2,5 cm de espesor, entonces, las dimensiones volumétricas de

las probetas quedan definidas a partir de esto, y por lo tanto sólo resta

23

La ASTM 3080 recomienda que se debe tener suficiente material como para preparar tres probetas (como mínimo) de características similares. 24

La NCh 3085 norma las dimensiones de la caja de corte en referencia al tamaño máximo de las partículas, estableciendo que como mínimo esta debe tener 50mm de ancho y debe ser mayor a 10 veces al diámetro máximo del tamaño de la partícula.

93

determinar el tamaño máximo del material para ser ensayado en cada caja

de corte.

Lo anteriormente señalado se resume en la siguiente tabla:

Caja Corte Espesor de la probeta. Tamaño máximo de

partículas

100 mm X 100 mm 25 mm Bajo Tamiz 10 mm

60 mm X 60 mm 25 mm Bajo Tamiz 5 mm25

Tabla 5: Tamaños de las probetas y Valores máximos para el tamaño de las partículas.

Estos valores son referenciales y cualquier diferencia con las

dimensiones de la probeta, indudablemente implican una mala confección de

ésta. Con respecto al tamaño máximo de las partículas, podrá notarse que

éste es inferior a lo señalado por la norma ASTM D 3080, pero éstas

dimensiones obedecen más al sentido práctico del ensayo que a lo señalado

en el texto, ya que realizar un ensayo a material sobre la malla Nº4 podría

arrojar resultados poco representativos. Aún así, la norma permite utilizar

tamaños de partículas mayores.

25

En estricto rigor puede utilizarse material hasta los 6mm.

94

3.2. Confección de la Probeta:

Para realizar el ensayo se requieren probetas en conformidad a las

dimensiones estipuladas en los párrafos anteriores, pero el ensayo se puede

realizar tanto a probetas inalteradas, como a probetas remoldeadas, que a su

vez pueden ser también compactadas o no.

En el caso de probetas inalteradas, se deben tomar todas las

precauciones necesarias para mantener las condiciones naturales de ésta,

incluyendo no sólo las precauciones en los procedimientos de muestreo, sino

también en el transporte, conservación y manipulación al momento de la

confección de la probeta.

Dependiendo la caja de corte a utilizar, se debe escoger el cortador de

probetas del tamaño adecuado (ancho de 60 mm o 100 mm).Se debe tener

en cuenta que mientras se ensaya una probeta, las restantes no deben ni

adquirir ni perder humedad, por lo tanto se deben tomar las precauciones

pertinentes, como por ejemplo: envolver el suelo en plástico para evitar que

pierda humedad, o en el caso que de sondajes, mantener el suelo dentro de

los tubos de acero; dejar el material en cámaras húmedas a temperatura

similar a la natural, etc.

Para el caso en que las probetas se confeccionen en laboratorio, el

procedimiento dependerá del tipo de suelo que se desea ensayar.

Confección de Probetas para Suelos Granulares

La confección de este tipo de probetas abarca, por restricciones del

equipo, únicamente a arenas. Antes de iniciar este procedimiento se debe

conocer el peso neto de la caja de corte sin el material de ensayo.

El primer paso es ensamblar los componentes de la caja de corte en el

siguiente orden:

95

a) Se debe colocar el plato de soporte dentro de la mitad inferior de la

caja de corte, sobre este la rejilla porosa metálica, y la placa de ranurada26,

teniendo en consideración que as placas ranuradas deben quedar orientadas

con las ranuras en su parte superior y en dirección perpendicular al

desplazamiento del corte.

Ilustración36: Montaje Caja de Corte, paso 1

b) El segundo paso consiste en fijar la parte superior de la caja de corte,

con la parte inferior de la caja de corte montada, la cual debe ser asegurada

con los tornillos de alineación.

26

El tipo de placa ranurada dependerá del tipo de ensayo a realizar, se debe utilizar la placa ranurada lisa para ensayos no drenados, y la placa ranurada porosa para ensayos drenados.

Placa Ranurada

Rejilla Porosa

Plato de Soporte

Mitad inferior de la

caja de corte.

96

Ilustración37: Montaje Caja de Corte, paso 2.

Es en este punto donde se debe pesar la caja de corte vacía y

registrar el peso.

c) El siguiente paso es la colocación de la muestra dentro de la caja de

corte, pero este procedimiento variará dependiendo de las condiciones que

se desean investigar, es decir, si deseamos investigar aspectos como:

Arena Seca Suelta: se debe dejar caer el material desde una altura

convenientemente adecuada a fin de colocar las partículas de arena de tal

manera que produzcan una densidad mínima. Se puede tomar como

referencia el procedimiento indicado en la Nch 1116 Of. 7727.

Arena Seca Densa: en este caso el material debe ser compactado o

vibrado para lograr la mayor densidad posible. Se puede utilizar la Nch 116

27

La Nch 1116 of 77 señala que se debe llenar el recipiente dejando caer la arena desde una altura de 5cm aproximadamente, llenando el molde con movimientos circulares.

Tornillos de Alineación

Mitad superior de la

caja de corte.

Mitad inferior de la caja de corte

97

of. 77 como referencia28, aunque si se utiliza este procedimiento, se debe

tener especial cuidado de no dejar el área de unión de un par de estas capas

en el plano de corte de la caja. También es posible aplicar un método

vibratorio alternativo, con algunas modificaciones, como el indicado en la Nch

1532 of.80 para la determinación de la densidad relativa.

Arena con % de humedad: para ensayar una muestra con algún

grado de humedad específico, en primer lugar se debe secar la arena, y

luego agregar la cantidad de agua necesaria para lograr el grado de

humedad requerido, se debe considerar el tiempo de espera para que la

muestra absorba el agua agregada, aunque para suelos granulares la espera

es frecuentemente nula. Por lo general ésta muestra debe ser compactada

utilizando la misma metodología que una arena seca densa, pero puede

haber variaciones en este proceso a fin de emular la densidad requerida (ej:

densidad natural).

Una vez colocada la muestra dentro de la caja de corte, se debe pesar

la caja con el material, registrar el valor y calcular el peso de la muestra por

diferencia con el valor anterior registrado.

Posterior a eso, de debe colocar la caja de corte y el material en el

equipo de corte con sumo cuidado (sobretodo en el caso de la arena suelta,

ya que con los golpes se re ordenarían las partículas y aumentaría su

densidad) y tapar la muestra con la placa ranurada (porosa) superior,

teniendo en cuenta la misma consideración que para el caso de su símil

inferior (ranuras hacia la parte inferior y perpendiculares al desplazamiento

del corte), sobre esta la rejilla porosa y por último el plato distribuidor de

carga.

28

La norma indica que se debe llenar el recipiente (en este caso la caja de corte) en tres capas de igual espesor, y apisonarlas con 25 golpes cada una, pero el hecho de realizar el procedimiento en 3 capas para este tipo de recipiente es ilógico para el espesor de las probetas, por lo tanto debiese ser suficiente con una capa.

98

Ilustración38: Caja de Corte con la muestra de arena en su interior.

Finalmente si la muestra será ensayada bajo condiciones saturadas,

se debe llenar29 con agua el recipiente de la caja de corte, y esperar el

tiempo necesario para que se produzca la saturación. Las probetas deben

ser saturadas con agua destilada a fin de evitar cualquier tipo de reacción

química entre las partículas disueltas en el agua y el suelo. La estimación de

este tiempo de saturación es relativa, pero se puede utilizar como referencia

las lecturas del transductor de desplazamiento vertical, manteniendo la

saturación hasta que las lecturas de éste se estabilicen.

Es conveniente tararlo en cero antes iniciar la saturación, luego

agregar el agua y observar el descenso que se produce en la muestra.

Cuando el descenso sea apreciablemente nulo, se puede continuar con la

siguiente etapa del ensayo.

29

No se debe saturar la probeta antes de que sean colocados los transductores de desplazamiento vertical, se procede con la saturación una vez que estos han sido colocados en la posición correcta y calibrados en cero.

Tornillos de Alineación

Mitad Superior de la caja de corte


99

Confección de Probetas para Suelos Finos

La confección de probeta de suelos finos comienza con el montaje de

la caja de corte, el cual es equivalente al montaje para suelos granulares.

Suelo Fino en estado Natural: para este caso, a diferencia del

procedimiento anterior, la confección de probetas en estado natural

(inalteradas) es factible de realizar, pero es un procedimiento más

complicado, debido a que se deben tomar algunas precauciones, que

permitan asegurar que el suelo no cambie su densidad, forma, ni su

humedad, durante los procesos de muestreo, almacenado, transporte y

manipulación, además de considerar que la temperatura de la muestra debe

permanecer igual a la temperatura del suelo en estado natural.

El tubo de PVC es un buen medio para extraer y almacenar la

muestra, y ya que puede ser cortado con mayor facilidad que un tubo de

acero (sin olvidar que su precio es mucho menor), resulta ideal para tomar

pequeñas muestras en diferentes estratos. Para dar la forma cuadrada a la

muestra es conveniente utilizar el cortador de suelos directamente desde un

anillo30extraído al cortar el tubo de PVC con la muestra de suelo en su

interior.

Se debe tener especial cuidado que la muestra a ensayar no contenga

material granular de un tamaño excesivo para que los resultados obtenidos

no se distorsionen producto deformaciones diferenciales al interior de la

probeta al momento de iniciar la consolidación, ya que si existe un cuerpo de

tamaño excesivo dentro de la probeta, la carga normal podría ser soportada

únicamente por este cuerpo, distribuyéndose la presión de manera no

uniforme en la superficie de la muestra.

30

El concepto de anillo del tubo de PVC hace referencia al fragmento generado cuando se corta transversalmente el tubo de PVC con la muestra de suelo en su interior.

100

Ilustración39: Colocación de la muestra de suelo fino.

Suelo Fino Compactado: En el caso que se desee remodelar una

probeta, se debe secar la muestra en horno hasta masa constante y agregar

la cantidad de agua necesaria a una determinada masa de suelo31 para

lograr el porcentaje de humedad requerido en el ensayo, se debe mezclar y

amasar minuciosamente el material y el agua para lograr la mayor

homogeneidad posible en la confección de las probetas.

31

La cantidad de suelo es estimativo, dependiendo del tipo de suelo y del tamaño de la caja de corte en donde la probeta se ensayará.

Muestra Inalterada Tornillos de Alineación

Mitad Superior de la caja de corte


101

La norma ASTM D 3080 establece ciertos parámetros referentes a la

cantidad de tiempo necesario de reposo antes de iniciar la compactación.

Clasificación del Suelo según

ASTM D 2487

Tiempo mínimo de reposo en

horas.

SW, SP Sin requisito

M 3

SC, ML, CL. 18

MH, CH. 36

Tabla 6: Tiempos de reposo según ASTM D 3080.

Una vez que la probeta ha cumplido el requisito del tiempo de reposo,

se debe proceder con la misma metodología empleada para confeccionar

una probeta de Arena Densa, colocando el material en el molde y

apisonando con 25 golpes(o hasta que se alcance la densidad solicitada). La

metodología para armar la caja de corte es la misma y se debe medir la

masa de la caja de corte sin la muestra y posteriormente con la muestra en

su interior para saber el peso total de ésta por la diferencia entre ambas

medidas. Se procede finalmente a colocar la caja dentro del equipo de corte,

y en la parte superior se posiciona la placa ranurada (porosa) superior con

las ranuras hacia la parte inferior, y perpendiculares al desplazamiento del

corte, sobre ésta la rejilla porosa y por último el plato distribuidor de carga.

También es válido preparar la probeta en un recipiente distinto a la

caja de corte, realizando la misma compactación descrita, y posteriormente

cortar la masa de suelo de la misma manera que si se tratase de un suelo

natural inalterado.

102

Si la muestra fuese ensayada en estado saturado, se debe proceder

de la misma manera que en el caso de las arenas, con la salvedad que para

este caso el tiempo de reposo se debiese prolongar considerablemente.

3.3. AJUSTES DE LA CAJA DE CORTE ANTES DEL ENSAYO.

Una vez colocada la caja de corte (con la muestra) en el equipo y

previamente a la saturación, se debe colocar el plato distribuidor de carga y

el dispositivo aplicador de carga sobre éste (evitando u omitiendo la carga en

si). También se debe posicionar el transductor de desplazamiento vertical de

tal modo que le permita medir el descenso del plato distribuidor de carga lo

más cercano al centro de gravedad posible, el vástago debe quedar

aproximadamente a 4 mm en sentido contrario al máximo desplazamiento

permitido, y una vez asegurado en este lugar se procede a tararlo de manera

que marque cero32. La finalidad de esto es únicamente conocer el descenso

por saturación de la muestra, y como un indicador de cuándo se debe

comenzar con la aplicación de la carga normal. Al ser la carga normal casi

despreciable (plato distribuidor de carga), se puede no considerar esta etapa

como una fase de asentamiento.

Antes de comenzar la fase de consolidación se seleccionan los pesos

con los que se ensayará la probeta; es aconsejable ensayar la probeta con 3

cargas distintas, las cuales producirán 3 esfuerzos diferentes que deben ser

calculados dependiendo de las dimensiones de la caja de corte a utilizar,

siendo cada una la mitad del anterior y comenzando con una carga que

produzca el equivalente al 200% del esfuerzo previsto a recibir en terreno

bajo condiciones reales, en descenso un 100% y finalmente un 50%.

32

No es necesario utilizar un transductor para este propósito, alternativamente es posible usar un deformímetro.

103

3.4. CONSOLIDACIÓN Y DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE

ENSAYO.

Habiendo seleccionado los pesos que producirán la tensión requerida

para el ensayo, se procede con la etapa de consolidación, que tiene por

objetivo establecer las velocidades de corte y desplazamiento para la prueba.

Estos parámetros deben ser establecidos con la mayor carga ya que bajo

estas condiciones se produce el mayor grado de consolidación y se genera

una curva de que en teoría debiese abarcar un mayor rango de deformación

vertical. Además, con el 200% de la carga normal, la velocidad de corte que

arrojarán los cálculos basados en la curva de consolidación de la muestra

será menor que con el 50% de la carga total. Los ensayos deben ser

realizados a la misma velocidad, por lo tanto se debe utilizar la velocidad

producto de la acción del 200% del esfuerzo ya que ésta asegura que no se

genere presión de poros en ninguna de las probetas a ensayar.

Para comenzar, se debe colocar la carga teniendo en cuenta que si

ésta es demasiado alta, es recomendable colocarla gradualmente (no

tomando demasiado tiempo), para esto el equipo tiene un sistema que

permite dejar las masas en la palanca inferior del mismo, sin que éstas

apliquen presión sobre la muestra. Para que la carga comience a ser

aplicada, se debe girar la perilla en la parte superior del marco hasta que la

carga empiece a ser aplicada sobre la muestra en la caja de corte, se debe

tener especial cuidado de mantener la lectura del transductor en cero, y que

la burbuja de nivel de la palanca inferior esté centrada. También es

importante coordinar el uso del cronómetro para que este comience a medir

el tiempo al mismo instante en que se colocan las cargas. Es recomendable

prefijar intervalos de tiempo cómodos para realizar periódicamente un

registro de la deformación para tales intervalos. Con los datos obtenidos se

debe trazar la curva de consolidación con el desplazamiento normal versus el

logaritmo o la raíz cuadrada del tiempo (en minutos).

104

Determinación de la Velocidad de Corte.

Con los datos de la consolidación, se procede a utilizar la siguiente

fórmula:

Ecuación 9

Donde;

: Tiempo transcurrido total estimado para la falla, expresado en

minutos (min).

: Tiempo requerido para que la probeta alcance un 50% de

consolidación bajo la tensión normal especificada (o incrementos de esta),

expresado en minutos (min).

Es posible obtener el valor de a partir de con la siguiente

expresión:

Ecuación 10

Donde;

: Tiempo requerido para que la probeta alcance un 90% de

consolidación bajo la tensión normal especificada (o incrementos de esta),

expresado en minutos (min).

105

4,28: Constante que relaciona el desplazamiento y los factores de

tiempo a una consolidación de un 50% y 90%.

Para determinar la velocidad de desplazamiento apropiada se debe

suponer un desplazamiento de falla ( ), el cual, según las limitaciones del

equipo, puede alcanzar un valor máximo de 19 milímetros, pero debiese

estar entre 5 mm a 12 mm si el material es un suelo normal o

ligeramentesobreconsolidado.

Se calcula la velocidad de corte según la siguiente ecuación:

Ecuación 11

Donde;

: Velocidad de desplazamiento (mm/min).

: Desplazamiento horizontal estimado en la falla (mm).

: Tiempo transcurrido estimado total para la falla, expresado en

minutos (min).

Existen materiales que pueden expandirse durante el proceso de

consolidación, en estos casos el suelo debe saturarse e incrementar la carga

para contrarrestar la expansión. A partir de este punto se debe comenzar el

ensayo de consolidación agregando aún más carga y midiendo las

deformaciones en intervalos de tiempos preestablecidos.

106

3.5. CORTE DE LA PROBETA

Antes de iniciar el corte de la proba, de deben desajustar los pernos

de alineación y utilizarlos (en las aberturas diferentes) para separar ambas

mitades de la caja de corte, aproximadamente 0,64 mm. También es

conveniente engrasar levemente ambas superficies para disminuir el roce

que se produzca ente ambas mitades, pero esto se debe hacer antes de

ensamblar la caja de corte.

También se debe posicionar el transductor de desplazamiento

horizontal, y configurarlo para que marque cero. Posteriormente se debe

realizar lo mismo con el transductor de desplazamiento vertical.

Estas operaciones se deben realizar en el panel de control del equipo

de corte directo antes de tarar el dispositivo aplicador de carga horizontal e

ingresar la velocidad de desplazamiento para producir el corte.

Las funciones del panel ya fueron explicadas en el capítulo anterior,

porque ahora sólo se recordará que es ahí donde se deben establecer los

intervalos de mediciones y la forma de almacenamiento de los datos.

Al comenzar el ensayo, el equipo desplazará la mitad inferior en

sentido horizontal con respecto a la mitad superior de la caja de corte hasta

que la probeta falle. Automáticamente se registrarán los datos de carga

horizontal aplicada, y los desplazamiento horizontales y verticales ocurridos

con la frecuencia configurada.

Una vez terminado el ensayo, se debe tomar inmediatamente una

muestra de suelos para medir su humedad. Para esto se tiene que

desmontar el equipo de la misma manera que se ensambló: en primer lugar

se deben retirar los transductores y quitar los pesos que producen la tensión,

luego retirar la caja de corte del contenedor y extraer el plato distribuidor de

107

cara, la rejilla ranurada y la placa porosa dejando la muestra al descubierto

para finalmente extraer una muestra de suelo con la que se determinará la

humedad según ASTM D 2216.

Es probable que se desee conocer la forma en que ocurrió el corte

(para suelos finos) por lo que antes de extraer la muestra de debe retirar la

parte superior de la caja de corte desplazándola en sentido horizontal y

dejando al descubierto el plano de falla.

Se debe fotografiar y luego extraer la muestra para determinar la

humedad.

Para la limpieza del equipo se debe desmontar el recipiente de la caja

de corte, procedimiento que fue explicado en el capítulo anterior.

En capítulos posteriores se expondrán algunos ensayos demostrativos

a distintos suelos, realizados paso a paso para la mejor comprensión del

procedimiento en general, con una explicación más detallada y extrapolando

lo analizado en éste capítulo.

108

CAPITULO IV:

IMPLEMENTACIÓN DEL EQUIPO

DE CORTE DIRECTO

109

Durante el desarrollo de este capítulo se presentarán las actividades

realizadas para dejar operativo el equipo de corte directo antes de ser

utilizados para ejecutar ensayos.

Las actividades realizadas comprenden 2 áreas, la primera es la

fabricación de piezas faltantes en el equipo, tanto como para su

funcionamiento como para hacer posible la calibración del mismo, y la

segunda es la calibración propiamente tal.

Dentro de la primera etapa de implementación del equipo, se

fabricaron 2 set piezas: el primero contiene el soporte para el transductor de

desplazamiento vertical, y el segundo set corresponde a 2 piezas de acero

que se utilizan para adaptar la celda de carga del equipo de corte directo a la

prensa CBR del Laboratorio Autro-Umag. Cabe destacar que ambos set de

piezas fueron fabricados por el Departamento de Ingeniería Mecánica de la

Universidad de Magallanes.

4.1. CALIBRACIÓN DE LOS TRANSDUCTORES.

El soporte del transductor de desplazamiento vertical fue fabricado de

Technyl, y a continuación se presenta su esquema de diseño.

Ilustración40: Esquema de diseño para el soporte del Transductor de desplazamiento vertical.

110

Con ambos soportes instalados, el siguiente paso fue la calibración de

los transductores.

Para llevar a cabo esta tarea se instaló un deformímetro con soporte

magnético en la parte posterior de cada transductor, de manera de hacer

coincidir ambos vástagos (del transductor respectivo con el deformímetro)

dejándolos alineados.

Ilustración41: Posicionamiento del deformímetro para la calibración de los transductores.

Una vez realizado esto, se procede a tomar lecturas en ambos

aparatos y así conocer cuál era la relación entre ambos datos. Para visualizar

las lecturas en el equipo fue necesario entrar al menú “MANUAL MODE” y

luego al submenú “UNACTIVE CALIBRACION”, esto debido a que lo que se

necesitó fueron las lecturas del equipo sin ser afectadas por el factor de

calibración ingresado en el equipo. Los intervalos fueron predefinidos

adecuadamente respecto del instrumento de referencia, el procedimiento

básicamente en tarar el equipo con la tecla “ENT”, luego en deslizar la caja

de corte con las teclas “ARRIBA” y “ABAJO”, y finalmente registrar las

lecturas del equipo versus las lecturas del instrumento de referencia

(deformímetro).

Se tomaron 4 series de datos los cuales presentaron notoriamente una

tendencia a la linealidad. El resultado fue una relación lineal entre las

lecturas de ambos aparatos, con lo cual bastó realizar la regresión lineal

111

respectiva y así conocer el factor de calibración necesario para lograr una

mayor precisión en el equipo. Cada serie denotaba un Coeficiente de

Correlación lineal superior a 0,999. A continuación se presenta un gráfico

que incorpora todos los datos obtenidos:

Ilustración42: Gráfico Calibración del Transductor de Desplazamiento Horizontal.

El Coeficiente de Correlación para el conjunto de las series es de

0,99995108, aunque se hace el alcance que se encontró que la mayor

dispersión de los datos se produce en el rango inferior a 1mm.

Los errores encontrados en la calibración para el rango inferior a 1mm

son inferiores al 5%, en el rango superior a 1mm el error disminuye

notoriamente hasta un valor menor al 1%. El error en el rango inferior a 1mm

no es relativamente importante, ya que las lecturas de deformación sirven

sólo de referencia para encontrar el desplazamiento lateral relativo al

momento de la falla en la muestra, y ésta no se produce en rangos tan bajos

de deformación, si no que en rangos superiores al 10% de la deformación. El

10 % de la deformación en la caja de corte más pequeña corresponde a

6mm, cifra superior a rango de mayor error. Sin embargo, aunque muy poco

y = 2,5211x R² = 0,9999

0

2

4

6

8

10

12

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

Inst

rum

en

to d

e r

efe

ren

cia

(mm

)

Transductor Horizontal (mm)

Calibración Transductor Horizontal

112

probable, es posible encontrar algún suelo con comportamiento frágil que

alcance la falla en rangos de deformación menores a los citados.

En la siguiente tabla se presentan los datos tomados del transductor

del equipo de corte directo y del instrumento de referencia:

Serie de Calibración 1


Instrumento de referencia

Lectura del equipo


Lectura del equipo

0 0

0,000 0,000

0,490 0,184

0,200 0,074

0,717 0,279

0,304 0,103

1,020 0,403

0,871 0,319

3,024 1,189

1,106 0,412

7,000 2,773

3,010 1,169

7,285 2,847

7,079 2,787

Coef. Correlación 0,9999562

Coef. Correlación 0,9999517

Tabla 7: Registro Serie de calibración 1. Transductor de desplazamiento Horizontal

Tabla 8: Registro Serie de calibración 2. Transductor de desplazamiento Horizontal



Lectura del equipo 2,501 0,971

0 0 3,007 1,18

0,106 0,031 3,014 1,182

0,204 0,062 3,503 1,367

0,307 0,1 4,003 1,572

0,411 0,14 4,518 1,773

0,5 0,176 4,999 1,969

0,604 0,218 5,502 2,167

0,697 0,253 6,001 2,369

0,807 0,294 6,507 2,567

0,899 0,333 7,008 2,771

1,001 0,381 7,5 2,974

1,099 0,423 8,039 3,188

1,199 0,467 8,499 3,367

1,318 0,515 9,057 3,599

1,419 0,555 9,519 3,787

1,5 0,584 10,035 4

1,999 0,779 Coef. Correlación 0,99945358 Tabla 9:Registro Serie de calibración 3. Transductor de desplazamiento Horizontal.

113



Lectura del equipo


Lectura del equipo

0 0 2,512 0,998

0,1 0,038 3,515 1,393

0,201 0,077 4,014 1,592

0,303 0,117 4,503 1,787

0,409 0,161 5,023 1,993

0,498 0,193 5,502 2,184

0,597 0,23 6,014 2,392

0,698 0,272 6,51 2,588

0,8 0,319 7,051 2,805

0,907 0,369 7,518 2,992

0,998 0,405 8,095 3,224

1,111 0,452 8,493 3,379

1,212 0,492 9,059 3,62

1,301 0,524 9,501 3,796

1,413 0,566 10,071 4,019

1,51 0,608 Coef. Correlación 0,99976872

2,01 0,801

Tabla 10: Registro Serie de calibración 4. Transductor de desplazamiento Horizontal.

Finalmente se presenta la ecuación que representa la relación entre

ambas lecturas:

Ecuación 12: Curva de ajuste para el transductor de desplazamiento horizontal.

Como el equipo no tiene la opción de ingresar el valor (n) en su modo

de calibración, la curva fue ajustada a cero (n=0), lo que quiere decir que la

recta fue obligada a pasar por el origen del gráfico (x=0,y=0), con lo que se

obtiene la relación de la ecuación 13:

( ) ( )

114

Ecuación 13: Curva de ajuste para el transductor de desplazamiento horizontal, corregida a cero.

Para la calibración del transductor de desplazamiento vertical se siguió

la misma metodología aunque sólo con 3 series de datos, resultando también

todas las series con un coeficiente de correlación lineal superior a 0,999.

A continuación se presenta una gráfica con los datos obtenidos en

todas las series.

Ilustración43: Gráfico Calibración del Transductor de Desplazamiento Vertical.

El Coeficiente de correlación lineal para este conjunto de series es de

0,99997201, y también en este caso la dispersión mayor es en el rango

inferior a 1mm. En este caso es más importante la precisión en rangos

inferiores para conocer el comportamiento de dilatancia o contracción de los

suelos, aún así, el problema de sensibilidad es del transductor y no del

instrumento de referencia.

( ) ( )

y = 1,210x R² = 0,999

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8 10Inst

rum

en

to d

e R

efe

ren

cia

(mm

)

Transductor Vertical (mm)

Calibración Transductor Vertical

115

En la siguiente tabla se presentan los datos tomados del transductor

del equipo de corte directo y del instrumento de referencia:



Lectura del equipo


Lectura del equipo

0 0 3,008 2,461

0,106 0,077 3,522 2,878

0,211 0,142 4 3,279

0,314 0,218 4,522 3,696

0,515 0,304 5,009 4,099

0,612 0,388 5,515 4,557

0,712 0,4 6,021 4,947

0,803 0,568 6,523 5,367

0,906 0,646 7,01 5,786

1,019 0,735 7,54 6,215

1,101 0,83 8,008 6,616

1,224 0,911 8,528 7,03

1,309 1,021 9,002 7,455

1,413 1,101 9,559 7,922

1,521 1,174 10,02 8,3

2,011 1,659 Coef. De Correlación 0,9999028 2,525 2,075

Tabla 11: Serie de calibración 1. Transductor de desplazamiento Vertical.



Lectura del equipo


Lectura del equipo

0 0 2,503 2,079

0,109 0,07 3,004 2,479

0,218 0,153 3,509 2,907

0,317 0,237 4,017 3,322

0,399 0,31 4,505 3,706

0,515 0,409 5,01 4,131

0,621 0,506 5,52 4,559

0,71 0,577 6,018 4,974

0,8 0,669 6,52 5,389

0,916 0,77 6,999 5,787

1,013 0,861 7,516 6,222

116

1,101 0,941 8,01 6,636

1,205 1,039 8,514 7,081

1,309 1,111 9,028 7,501

1,431 1,223 9,539 7,93

1,503 1,286 9,996 8,293

1,991 1,652 Coef. De Correlación 0,99997076

Tabla 12: Serie de calibración 2. Transductor de desplazamiento Vertical.



Lectura del equipo


Lectura del equipo

0 0 3,009 2,465

0,111 0,066 3,519 2,881

0,219 0,15 4,014 3,295

0,318 0,211 4,523 3,702

0,415 0,303 5,006 4,109

0,499 0,385 5,523 4,546

0,618 0,479 6,008 4,947

0,705 0,569 6,514 5,378

0,81 0,653 7,014 5,795

0,902 0,757 7,514 6,194

1,004 0,845 8,018 6,637

1,113 0,939 8,522 7,048

1,201 1,008 9,011 7,464

1,321 1,109 9,534 7,906

1,515 1,276 10,043 8,318

2,016 1,669 Coef. De Correlación 0,99997201 2,519 2,071

Tabla 13:Serie de calibración 3. Transductor de desplazamiento Vertical.

117

Con los datos obtenidos se generó un par de ecuaciones de ajuste de

la misma manera que para el caso del transductor de desplazamiento

horizontal, una con el ajuste a cero y otra sin el ajuste, ambas se presentan a

continuación.

Ecuación 14:Curva de ajuste para el transductor de desplazamiento vertical.

Ecuación 15: Curva de ajuste para el transductor de desplazamiento vertical, corregida a cero.

( ) ( )

( ) ( )

118

4.2. CALIBRACIÓN DE LA CELDA DE CARGA.

Los adaptadores para la celda de carga fueron fabricados de acero, el

primero se ensambla en un extremo de la celda, que al ser posicionada en

forma vertical, se convierte en la parte superior del conjunto celda-

adaptadores. La función principal es lograr conectar el hilo de la celda de

carga con el hilo en el disco inferior del anillo de carga de la prensa CBR.

El segundo adaptador es un disco que por su parte inferior es plano y

que en su parte superior tiene una perforación con hilo de manera tal que se

conecta con la celda de carga para proporcionar una base plana que dará

soporte al conjunto celda-adaptadores.

Ilustración44: Montaje de la Celda de Carga con los adaptadores.

Una vez realizado esto, se procedió a montar este conjunto en la

prensa CBR del laboratorio Austro-Umag según muestran las figuras 45 y 46.

Realizado esto se procedió a tomar 3 series de datos, aplicando carga por

medio de la manivela de la prensa CBR a intervalos regulares más

Adaptador Superior

Celda de Carga

Adaptador Inferior

119

frecuentes en el rango inferior, por lo demás, entre cada medición se esperó

a que el instrumento de medición y la celda de carga se adaptaran, y

estabilizaran sus mediciones antes de registrarlas.

Ilustración45: Montaje de la Celda de Carga con el Anillo de Carga CBR.

Anillo de Carga CBR

Adaptador Superior

Celda de Carga

Adaptador Inferior

120

Ilustración46: Celda de Carga Montada en la prensa CBR.

El anillo de la prensa CBR tiene una calibración certificada por el

Laboratorio de Calibración de Fuerza de IDIEM, con fecha de calibración 07-

10-2009, y cuyo número es 578828-01. La curva de ajuste es la siguiente:

Ecuación 16: Curva de ajuste del Anillo CBR.

( ) ( )

121

A continuación se presenta el registro de los datos obtenidos durante

la calibración de la Celda de Carga:


Lectura del Anillo de Carga (unidades)

Lectura Corregida del anillo de carga (kN)

Lectura del Equipo de corte directo (kN)

0 0,0729 0

1 0,1074 0,0277

4 0,2109 0,1054

7 0,3144 0,1815

10 0,4179 0,2536

13 0,5214 0,3353

15 0,5904 0,3895

18 0,6939 0,4644

21 0,7974 0,5437

24 0,9009 0,6198

27 1,0044 0,6889

33 1,2114 0,8493

39 1,4184 1,007

44 1,5909 1,1421

50 1,7979 1,2921

56 2,0049 1,4402

62 2,2119 1,5932

68 2,4189 1,737

73 2,5914 1,8636

79 2,7984 2,0107

85 3,0054 2,173

91 3,2124 2,3287

97 3,4194 2,4803

102 3,5919 2,6043

109 3,8334 2,7714

114 4,0059 2,911

120 4,2129 3,0666

126 4,4199 3,2208

131 4,5924 3,3481

137 4,7994 3,5074

142 4,9719 3,6423

143 5,0064 3,6557

Coeficiente de Correlación 0,99998692

Tabla 14: Serie de calibración 1. Celda de Carga.

122





0 0,0729 0

1 0,1074 0,0291

4 0,2109 0,1059

7 0,3144 0,1837

10 0,4179 0,2626

13 0,5214 0,3494

15 0,5904 0,3954

18 0,6939 0,4717

21 0,7974 0,5512

24 0,9009 0,6177

27 1,0044 0,6964

33 1,2114 0,864

39 1,4184 1,0149

44 1,5909 1,1421

50 1,7979 1,3011

56 2,0049 1,4518

62 2,2119 1,5997

68 2,4189 1,7398

73 2,5914 1,8744

79 2,7984 2,0201

85 3,0054 2,1679

91 3,2124 2,3195

97 3,4194 2,4695

102 3,5919 2,6007

109 3,8334 2,7712

114 4,0059 2,9029

120 4,2129 3,0622

126 4,4199 3,2124

131 4,5924 3,3493

137 4,7994 3,5025

142 4,9719 3,6314

143 5,0064 3,6615



123





0 0,0729 0

1 0,1074 0,0325

4 0,2109 0,1013

10 0,4179 0,257

15 0,5904 0,3875

21 0,7974 0,5464

27 1,0044 0,6985

33 1,2114 0,8545

39 1,4184 1,0073

44 1,5909 1,1421

50 1,7979 1,2953

56 2,0049 1,4474

62 2,2119 1,6

68 2,4189 1,7473

73 2,5914 1,8718

79 2,7984 2,0156

85 3,0054 2,1682

91 3,2124 2,3182

97 3,4194 2,4728

102 3,5919 2,6015

109 3,8334 2,7795

114 4,0059 2,9075

120 4,2129 3,0617

126 4,4199 3,2172

131 4,5924 3,3536

137 4,7994 3,5036

142 4,9719 3,6356

143 5,0064 3,668



124

Con los datos obtenidos en las tres series se generó una curva de

ajuste para ser ingresada en el equipo. Los gráficos de esta curva se

presentan a continuación:

Ilustración47: Gráfico de calibración de la Celda de carga.

Ilustración48: Gráfico de calibración de la Celda de carga, con ajuste a cero.

y = 1,3533x + 0,0619 R² = 1

-1

0

1

2

3

4

5

6

-1 0 1 2 3 4 5

Lect

ura

An

illo

de

Car

ga (

kN)

Lectura Celda de Carga (kN)

Calibración Celda de Carga

y = 1,3778x R² = 0,9995

-1

0

1

2

3

4

5

6

-1 0 1 2 3 4 5

Lect

ura

An

illo

de

Car

ga (

kN)

Lectura Celda de Carga (kN)

Calibración Celda de Carga

125

El factor para ser ingresado en el equipo es de 1.35320, que

corresponde a la calibración sin ajuste a cero, por lo que manualmente se le

debe adicionar al valor entregado por el equipo la cantidad 0.06186 kN. Aún

así, la diferencia entre ambas relaciones calculadas no difiere en más de

0.019 kN, por lo que perfectamente podría ser incorporado el valor con ajuste

a cero, sin necesidad de hacer correcciones, ya que la sensibilidad del

equipo, y la inferencia en el resultado final no lo ameritan.

A contignación se presentan las ecuaciones de las curvas calculadas:

Ecuación 17:Curva de ajuste para la celda de carga.

Ecuación 18: Curva de ajuste para la celda de carga, corregida a cero.

Por último, la celda de carga no pudo ser calibrada por IDIEM durante

la calibración de los instrumentos de fuerza del Laboratorio Austro-Umag,

ya que la forma y la ubicación de ésta no eran compatibles con los

instrumentos de referencia del organismo certificador. Por lo demás, con la

confección de los adaptadores de la celda de carga a la prensa CBR, será

posible certificarla a futuro, con la misma metodología empleada en éste

capitulo, con la salvedad que el soporte inferior, en vez de apoyarse en el

plato de la prensa CBR, se apoyará en la celda de carga de referencia. Se

recomienda que la celda de referencia tenga la misma capacidad que la

celda del equipo de corte directo (5kN).

( ) ( )

( ) ( )

126

CAPITULO V:

ENSAYOS DE CORTE DIRECTO A SUELOS

TÍPICOS DE LA CIUDAD DE PUNTA ARENAS

127

En el desarrollo de éste capítulo se expondrán los ensayos de corte

directo realizados a diferentes tipos de suelos de la ciudad de Punta Arenas.

Los suelos elegidos para esto son: Arcilla, Arena y Mazacote.

5.1. ENSAYO DE CORTE DIRECTO A UN SUELO ARCILLOSO.

Los suelos arcillosos se caracterizan básicamente por ser suelos finos

(partículas menores a 0,002mm) y por poseer cohesión. La cohesión sólo

está presente en un suelo que haya sido preconsolidado, es decir, haya sido

ensayado al corte con una carga normal menor a la que ha sido sometido en

su pasado geológico. El ejemplo que se mostrará a continuación es una

muestra remoldeada del sector de Konaiken, 32 km al norte de la ciudad de

Punta Arenas, a orillas del Rio Pescado.

Cabe esperar entonces que la muestra se comporte como una arcilla

normalmente consolidada, es decir, sin una resistencia máxima notoriamente

marcada, pero también sin una resistencia residual menor a las alcanzadas

en el transcurso del ensayo, además de la ausencia de cohesión.

El primer paso es la clasificación de este suelo, que según el método

AASHTO nos arroja que el material a ensayar es un Suelo limoso A-4, con un

índice de grupo igual a 8, y según el sistema de clasificación USCS el suelo

es una Arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL).

La granulometría de esta muestra, así como la determinación de los

límites de Atterberg se presentan en el anexo 1:

Para la realización de este ensayo, la muestra fue secada en horno y

posteriormente tamizada para eliminar residuos propios del sector de donde

se extrajo (restos vegetales y de ladrillos), posteriormente se le añadió agua

hasta alcanzar un 23% de humedad (valor aproximado a la humedad natural

128

con la que se extrajo la muestra) y finalmente se dejó reposar durante 36

horas antes de confeccionar las probetas.

Posteriormente, la arcilla se amasó y se cortaron las probetas para ser

ensayadas en la caja de 6cm x 6cm, como muestra la siguiente secuencia de

imágenes.

Ilustración49: Amasado de la probeta de Arcilla.

Ilustración50: confección de la probeta con el cortador.

129

Para asegurar que las muestras mantuviesen la humedad de

confección, se sellaron dentro de envolturas plásticas y se almacenaron en

una cámara de curado de hormigones. Posteriormente, se pesaron y se les

asignó un número de identificación.

Ilustración51: Almacenado e identificación de las probetas.

Para determinar la curva intrínseca de éste suelo, se realizarán 4

ensayos a diferentes tensiones normales, los cuales se determinaron en

función de la carga de diseño para el suelo. Como éste valor no existe, se

supondrá una carga de diseño igual a 13,63 N/cm2 con lo cual quedan

definidos los ensayos a realizar.

Ensayo Porcentaje de carga Esfuerzo Normal

Ensayo Arcilla 1 200% 27,25 N/cm2




Tabla 17: Esfuerzos normales en las probetas de Arcilla.

130

Antes de ensayar las muestras en el equipo de corte directo, se hace

necesario conocer la curva de consolidación, para determinar la velocidad de

corte a aplicar de manera de no producir presión de poros durante el ensayo.

Ésta curva se determina a partir de la carga mayor, que para este caso

corresponde al 200% de la carga de diseño.

Cálculodet90 y determinación de la velocidad de ensayo:

Se utilizó para éste propósito el método de Taylor33, el cual consiste

en trazar una recta tangente (recta verde) a la Curva de consolidación v/s

Raíz del tiempo, registrando el valor de intersección con el eje de las

abscisas (5,3 min1/2).

El valor encontrado se multiplica por 1,15 y se traza otra recta (azul)

desde el origen de la anterior hasta el valor recién calculado (6,10 min1/2).

Finalmente se traza una recta vertical (naranja) desde la intersección

de la recta azul con la curva de consolidación, obteniéndose el valor de t901/2

(4,8 min1/2), por lo tanto el valor de t90 es 23,04 min.

El siguiente paso es calcular t50 según la ecuación 10, obteniéndose el

valor de 5,38 min. Al multiplicar éste valor por 50 se obtiene el tiempo

estimado de falla, resultando 269,16 min.

Para obtener la velocidad del ensayo se debe estimar un

desplazamiento relativo de falla, se tomará como referencia 6 mm que

corresponde al 10% del desplazamiento lateral relativo.

Al dividir el desplazamiento lateral relativo en la falla, por el tiempo

estimado de falla, se obtiene la velocidad de ensayo, que para este caso es

33

El método de Taylor es un método utilizado para obtener el tiempo en que un suelo alcanza el 90% de su consolidación primaria, se encuentra detallado en la Norma ASTM D 2435 Test: Method fo rOne Dimensional Consolidation Properties of Soils.

131

0,2229 mm/min. Aunque el equipo permite ingresar éste valor, se redondeará

a 0,2 mm/min para aumentar la certeza que no se producirá presión de poros

durante el ensayo.

Ilustración52: Curva de Consolidación para Arcillas.

Una vez terminada la consolidación y determinada la velocidad de

corte, se procede a iniciar el ensayo con la misma muestra, registrándose los

datos en la tabla 18. La primera columna entrega la carga horizontal que

registra la celda de carga del equipo en kiloNewtons (kN), la segunda

presenta el valor anteriormente mencionado ya transformado a esfuerzo

cortante al dividirlo por el área del plano de corte (36 cm2), la tercera y cuarta

columna presentan los valores registrados por los transductores de

desplazamiento, y finalmente la quinta columna entrega los valores

correspondientes al desplazamiento lateral relativo, que se obtiene al calcular

el porcentaje que representa el valor registrado por el transductor de

desplazamiento horizontal con respecto al largo total de la probeta (60 mm).

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00

Des

cen

so (

mm

)

Raíz cuadrada del tiempo (min1/2)

Curva de Consolidación para Arcillas

132

Ensayo de corte directo con σn igual a 27,25 N/cm2.

Registro de Datos:

CargaHorizontal

(kN)

Esfuerzo de

Corte (N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,0000 0,000 0,000 0,000 0%

0,0149 0,414 0,026 0,009 0%

0,3039 8,442 0,301 0,128 1%

0,5511 15,308 1,600 0,250 3%

0,6057 16,825 2,406 0,311 4%

0,6475 17,986 3,207 0,339 5%

0,6700 18,611 4,006 0,360 7%

0,6774 18,817 4,790 0,373 8%

0,6784 18,844 5,602 0,385 9%

0,6847 19,019 6,306 0,397 11%

0,6840 19,000 7,132 0,409 12%

0,6793 18,869 7,986 0,421 13%

0,6820 18,944 8,971 0,429 15%

0,6815 18,931 9,873 0,435 16%

Tabla 18: Registro de Datos para Corte Directo de arcilla, ensayo a 27,25 N/cm2.

En la tabla 18 se registran los datos obtenidos durante el primer

ensayo de corte directo al suelo arcilloso inorgánico de baja plasticidad. La

representación de estos datos se gráfica en las siguientes figuras,

deduciendo de la ilustración 53 que a partir de aproximadamente un 9% de

deformación lateral relativa, no se aprecian aumentos sustanciales en la

resistencia al corte de este suelo, sino que se mantiene estable alrededor de

los 19 N/cm2.

De la ilustración 54 se concluye que a medida que se produce el corte

en la muestra, también se produce un asentamiento, lo cual es

completamente esperable ya que la muestra ha sido remodelada, y por lo

tanto el suelo se comporta como una arcilla normalmente consolida.

133

Ilustración53: Gráfico Esfuerzo de Corte vs DLR. Arcilla, Ensayo a 27,25 N/cm2.

Ilustración54: Gráfico del Asentamiento durante el ensayo a 27,25 N/cm2 para Muestra de Arcilla.

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18%

Esfu

erz

o d

e C

ort

e (

N/c

m2 )

Desplazamiento Lateral Relativo

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18%

De

form

ació

n V

ert

ical

(m

m)


134


Registro de Datos:

Carga Horizontal (kN)

Esfuerzo de

Corte(N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,0192 0,533 0,097 0,004 0%

0,2038 5,661 0,347 0,096 1%

0,3077 8,547 0,990 0,215 2%

0,3771 10,475 1,810 0,281 3%

0,4006 11,128 2,266 0,315 4%

0,4318 11,994 2,917 0,345 5%

0,4469 12,414 3,573 0,367 6%

0,4634 12,872 4,210 0,384 7%

0,4749 13,192 4,912 0,403 8%

0,4746 13,183 5,191 0,416 9%

0,4747 13,186 5,799 0,421 10%

0,4815 13,375 6,558 0,429 11%

0,4809 13,358 6,917 0,428 12%

0,4799 13,331 7,668 0,430 13%

0,4825 13,403 8,449 0,432 14%

0,4806 13,350 9,237 0,437 15%

0,4788 13,300 9,658 0,437 16%


En la tabla 19 se registran los datos obtenidos durante el segundo

ensayo de corte directo al suelo arcilloso inorgánico de baja plasticidad.

En la ilustración 55 observamos el mismo comportamiento que en el

ensayo anterior, siendo el 9% de deformación lateral relativa el punto donde

se estabiliza el esfuerzo de corte para esta muestra. El valor máximo de corte

registrado es 13.4 N/cm2.

En la ilustración 55 observamos exactamente el mismo

comportamiento que en el ensayo anterior, es decir, un comportamiento

normalmente consolidado.

135

Ilustración55: Gráfico Esfuerzo de Corte vs DLR. Arcilla, Ensayo a 22,44 N/cm

2.


0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18%

Esfu

erz

o d

e C

ort

e (

N/c

m2)


0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18%

De

form

ació

n V

ert

ical

(m

m)


136


Registro de Datos:


Esfuerzo de

Corte (N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,0186 0,517 0,138 0,067 0%

0,0903 2,508 0,318 0,154 1%

0,1868 5,189 0,919 0,230 2%

0,2270 6,306 1,536 0,304 3%

0,2593 7,203 2,136 0,338 4%

0,2812 7,811 2,730 0,375 5%

0,2942 8,172 3,322 0,387 6%

0,3050 8,472 3,929 0,390 7%

0,3085 8,569 4,509 0,395 8%

0,3036 8,433 5,129 0,398 9%

0,3053 8,481 5,739 0,406 10%

0,3074 8,539 6,333 0,418 11%

0,3085 8,569 6,903 0,420 12%

0,3104 8,622 7,502 0,428 13%

0,3068 8,522 8,111 0,435 14%

0,3107 8,631 8,709 0,440 15%

0,3103 8,619 9,306 0,446 16%

0,3057 8,492 10,009 0,448 17%


El comportamiento del suelo durante este ensayo es exactamente

igual a los dos anteriores. Se observa que alrededor del 7% de deformación

lateral relativa se alcanza un valor constante en el esfuerzo de corte, y que

asciende a 8,6 N/cm2. En cuanto a la deformación vertical de la probeta

durante el ensayo es posible observar que se comporta exactamente igual a

los dos ensayos anteriores, estabilizándose en valores cercanos a los 0,45

mm.

137

Ilustración57: Gráfico Esfuerzo de Corte vs DLR. Arcilla, Ensayo a 13,63 N/cm2.


0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18%

Esfu

erz

o d

e C

ort

e (

N/c

m2 )


0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18%

De

sce

nso

(m

m)


138


Registro de Datos:


Esfuerzo de

Corte (N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,0000 0,000 0,000 0,000 0%

0,0748 2,078 0,331 0,045 1%

0,1157 3,214 0,940 0,131 2%

0,1361 3,781 1,524 0,182 3%

0,1519 4,219 2,130 0,212 4%

0,1593 4,425 2,728 0,231 5%

0,1680 4,667 3,332 0,239 6%

0,1663 4,619 3,936 0,239 7%

0,1670 4,639 4,540 0,239 8%

0,1651 4,586 5,144 0,241 9%

0,1660 4,611 5,748 0,243 10%

0,1652 4,589 6,352 0,246 11%

0,1660 4,611 6,956 0,243 12%

0,1651 4,586 7,560 0,244 13%

0,1658 4,606 8,164 0,248 14%

0,1660 4,611 8,768 0,246 15%

0,1660 4,611 9,372 0,246 16%


En este ensayo se observa un comportamiento similar a los tres

anteriores, aunque el esfuerzo de corte se estabilizará en valores más bajos

que en los otros, alrededor del 6%.

Otra diferencia notable es que la deformación vertical es menor en

esta prueba, sólo se alcanza una deformación cercana a 0,25mm a

diferencia de los 0,45mm anteriores. Es posible observar esto en las

ilustraciones 59 y 60.

139

Ilustración59:Gráfico Esfuerzo de Corte vs DLR. Arcilla, Ensayo 6,81 N/cm2.

Ilustración60: Gráfico del Asentamiento durante el ensayo 6,81 N/cm2 para Muestra de Arcilla.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18%

Esfu

erz

o d

e C

ort

e (

N/c

m2)


0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0% 5% 10% 15% 20%

De

sce

nso

(m

m)

Desplazamioento Laeterak Relativo

140

Al graficar todos los puntos obtenidos en cada uno de los ensayos

realizados al material, se obtiene el siguiente gráfico:

Ilustración61: Curva intrínseca Suelo Arcilloso

Se observan las coordenadas de los cuatro puntos que representan

cada uno de los ensayos, además de la línea de tendencia de los datos

obtenidos. Como era de esperar, la curva corta en el origen, representando

un material normalmente consolidado con cohesión igual a cero, debido a

que las probetas de éste suelo fueron remoldeadas.

La curva intrínseca queda formulada por la ecuación:

τ σn · 0,6713 + 0

Siendo el ángulo ϕ =atan (0,6713) = 33,9º.

Como es posible observar el valor del ángulo de rozamiento interno es

más alto que lo normal para una arcilla de baja plasticidad. Esto puede ser

y = 0,6713x R² = 0,9941

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 5 10 15 20 25 30

Esfu

erz

o d

e C

ort

e (

N/c

m2 )

Tensión Normal (N/cm2)

141

explicado debido a la composición de este suelo ya que no era netamente

material arcilloso, sino que poseía gran cantidad de limo (lo refleja la

clasificación AASHTO, que lo categorizada como un suelo limoso), entonces

al comparar nuevamente el valor del ángulo de rozamiento interno obtenido

para este suelo y compararlo con los valores referenciales de la tabla 1,

podemos asimilar el resultado obtenido a un suelo limoso denso.

Al superponer las deformaciones verticales durante los ensayos

(Ilustración62) notamos que en el ensayo con menor carga, la deformación

vertical se estabiliza en un valor cercano a los 0,25mm, al ir aumentando la

presión de confinamiento también aumenta la deformación vertical, pero al

seguir aumentando la carga normal, no siguen aumentando las

deformaciones verticales máximas en las muestras. Lo anterior se explica

debido a que llega un punto en que por más que se le aplique una presión

vertical a la muestra, ésta no seguirá deformándose debido a la

consolidación, aunque si puede ocurrir la trituración de las partículas de

suelo debido a presiones normales muy elevadas que deformarían la masa

de suelo, pero que no corresponden a éste caso pues las tensiones

aplicadas no llegan a tales niveles.

Ilustración62: Deformaciones verticales de los ensayos del suelo Arcilloso.

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,500

0% 5% 10% 15% 20%

Des

cen

so (

mm

)


27,25N/cm2

20,44 N/cm2

13,63 N/cm2

6,81 N/cm2

142

5.2. ENSAYO DE CORTE DIRECTO A UN SUELO GRANULAR.

El objetivo de esta prueba es proporcionar una referencia (a modo de

ejemplo) para la realización de ensayos de corte directo a suelos granulares.

El material a ensayar es una arena extraída del borde costero de la

ciudad de Punta Arenas, cercano al km 6 de Av. Costanera.

Debido a que el material presentaba partículas superiores a 80mm, se

cortó el material en la malla de ¼”. La malla de ¼” no es un tamiz utilizado

para suelos, pero se decidió usarlo debido a que el tamiz de 25mm cortaba el

material con partículas muy grandes para la caja de 10cm y la malla Nº4

producía muestras de tamaño demasiado pequeñas.

La determinación de la velocidad de corte para este tipo de suelos no

es un factor relevante, ya que al ser un suelo permeable no se generarán

presiones de poro debido a que no existe cohesión. Por lo tanto se utilizará

una velocidad de 0,15 mm/min de manera de realizar el corte completo de

las probetas en aproximadamente dos horas.

La finalidad de éste ensayo es obtener el ángulo de fricción de un

suelo granular y evaluar el comportamiento del suelo durante el ensayo al

conformar las probetas con distintas densidades, es por esto que se

determinó la densidad mínima y máxima del material, y se obtuvo la densidad

relativa de cada una de las muestras a ensayar. Los resultados se presentan

en la siguiente tabla

ENSAYO PESO

[KG]

H

[cm]

VOLUMEN

[m3]

DENSIDAD

[kg/m3]

D. MIN D. MAX Dr

4 kg/cm2

0,435 2,4 0,00024 1.813 1.578 1.913 70%

3 kg/cm2

0,448 2,43 0,000243 1.844 1.578 1.913 79%

2 kg/cm2

0,462 2,51 0,000251 1.841 1.578 1.913 78%

1 kg/cm2

0,456 2,47 0,000247 1.846 1.578 1.913 80%

Tabla 22: Densidad Relativa para ensayos de Corte Directo en Arenas.

143

Como se observa en la tabla 22, las probetas que fueron ensayadas

con menor carga poseen una densidad relativa mayor antes del ensayo,

entonces es de esperar que la probeta ensayada a 9,81 N/cm2 presente una

curva esfuerzo de corte versus deformación lateral relativa con una

pendiente muy marcada inicialmente llegando a un punto máximo y luego

descendiendo hasta estabilizarse en un valor constante. Por lo anterior,

debiese ocurrir algo muy similar con las probetas ensayadas bajo las

presiones de 19,62 y 29,43N/cm2, con la diferencia que los puntos máximos

no tendrían que ser tan explícitos como en el caso anterior. Finalmente la

probeta ensayada con la presión normal de 4kg/cm2, pudiese mostrar un

comportamiento similar a los anteriores, o mostrarse como un suelo de baja

densidad donde la pendiente inicial de la curva no está bien definida, ni

tampoco su punto máximo antes de alcanzar los valores constantes de

esfuerzo de corte.

Ilustración 63: Gráfico Esfuerzo de Corte vs DLR a la arena ensayada.

0

5

10

15

20

25

30

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18% 20% 22%

Esfu

erz

o d

e C

ort

e (

N/c

m2

)


4kg/cm2 -DR 70%

3kg/cm2 -DR 79%

2kg/cm2 -DR 78%

1kg/cm2 -DR 80%

144

Como se observa en la ilustración 64, el comportamiento del suelo es

tal cual se indicó, aunque lo ideal para determinar el ángulo de rozamiento

interno de este tipo de suelo hubiera sido realizar todos los ensayos a la

misma densidad relativa.

Ilustración 64: Gráfico Deformación Vertical vs DLR a la arena ensayada

Al comparar estos datos en el gráfico de deformación vertical-

desplazamiento lateral relativo, observamos que la curva perteneciente al

ensayo bajo la presión de confinamiento de 9,81N/cm2, es la que presenta

mayor densidad, ya que al comienzo del ensayo la muestra se comprime

hasta aproximadamente el 5% de DLR y luego comienza a expandirse hasta

estabilizarse en un valor superior al inicial.

Las muestras ensayadas bajo presiones de confinamiento de 29,43 y

19,62N/cm2 denotan un comportamiento muy similar al anterior en un

comienzo, pero posteriormente no comienzan a expandirse sino que se

mantienen constantes hasta aproximadamente un 11% de DLR y

posteriormente siguen descendiendo hasta estabilizarse cerca del 18% de

-0,200

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18% 20% 22%

De

sce

nso

(m

m)


39,24 N/cm2

29,43 N/cm2

19,62 N/cm2

9,81 N/cm2

145

DLR. Finalmente la muestra ensayada bajo la presión de confinamiento de

39,24 N/cm2 comienza con una disminución de volumen que no se estabiliza

hasta llegar al 19% de DLR. Evidentemente la muestra ensayada bajo 9,81

kg/cm2 presenta un comportamiento dilatante, y la muestra ensayada bajo

4kg/cm2 presenta un comportamiento contractivo, pero las muestras

ensayadas bajo 29,43 y 39,24N/cm2 presentan una combinación de ambos

siendo inicialmente dilatantes y posteriormente contractivas.

Si los ensayos se hubiesen realizado con el mismo grado de

densificación hubiese sido posible obtener distintos ángulos de rozamiento

interno en función del desplazamiento lateral relativo. La utilidad esto es

obtener los parámetros de diseño de estructuras (Φ, c), acotados dentro de

un rango de tolerancia en función del tipo de proyecto. Dicho de otra forma,

si la intolerancia máxima es de un 5% de desplazamiento lateral relativo, los

valores a obtener en un ensayo de corte directo corresponderán a los valores

obtenidos en un 5% de deformación lateral relativa, y con estos se graficará

la curva intrínseca del suelo.

Pero, éste no es el caso, pues las probetas no fueron conformadas a

la misma densidad, aunque si es posible calcular el ángulo de rozamiento

interno residual del suelo; éste ángulo es independiente del grado de

densificación del suelo ya que toma los valores de corte alcanzados al final

del ensayo, cuando las curvas esfuerzo de corte-deformación lateral relativa

se vuelven constantes y paralelas al eje de las abscisas. En este caso los

valores constantes se alcanzan alrededor del 19% de deformación lateral

relativa.

Los resultados de los ensayos se presentan en las siguientes tablas

146


Esfuerzo de

Corte (N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,0000 0,000 0,000 0,000 0%

0,7711 7,711 0,292 0,096 0%

1,6015 16,015 1,097 0,270 1%

2,0560 20,560 2,175 0,380 2%

2,3195 23,195 3,333 0,477 3%

2,4675 24,675 4,530 0,530 5%

2,5246 25,246 5,745 0,573 6%

2,5735 25,735 6,964 0,617 7%

2,5949 25,949 8,197 0,659 8%

2,6198 26,198 9,438 0,685 9%

2,6511 26,511 10,647 0,719 11%

2,6528 26,528 11,895 0,775 12%

2,6565 26,565 13,125 0,812 13%

2,6505 26,505 14,359 0,869 14%

2,6495 26,495 15,611 0,929 16%

2,6519 26,519 16,851 0,961 17%

2,6511 26,511 18,091 0,987 18%

2,6514 26,514 19,331 0,998 19%

Tabla 23: Registro de Datos para Corte Directo de Arena, ensayo a 39,24 N/cm2.


Esfuerzo de

Corte (N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,0274 0,274 0,003 0,005 0%

0,5200 5,200 0,157 0,039 0%

1,4543 14,543 0,867 0,149 1%

1,9944 19,944 1,925 0,221 2%

2,2030 22,030 3,085 0,265 3%

2,2995 22,995 4,303 0,260 4%

2,2855 22,855 5,560 0,252 6%

2,2530 22,530 8,056 0,239 8%

2,2145 22,145 9,292 0,258 9%

2,1985 21,985 10,556 0,280 11%

2,1797 21,797 11,790 0,312 12%

2,1512 21,512 14,283 0,376 14%

2,1344 21,344 15,520 0,424 16%

2,1121 21,121 16,772 0,471 17%

2,0810 20,810 18,048 0,501 18%

2,0803 20,803 18,986 0,503 19%

2,0795 20,795 19,793 0,508 20%

Tabla 24:Registro de Datos para Corte Directo de Arena, ensayo a 29,43 N/cm2.

147


Esfuerzo de

Corte (N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,0127 0,127 0,258 0,028 0%

0,6264 6,264 0,746 0,126 0%

1,2119 12,119 1,908 0,185 2%

1,4562 14,562 2,955 0,228 3%

1,5492 15,492 4,111 0,267 4%

1,5802 15,802 5,309 0,274 5%

1,5643 15,643 6,534 0,260 6%

1,5208 15,208 7,786 0,240 8%

1,4767 14,767 9,039 0,219 9%

1,4874 14,874 10,301 0,218 10%

1,4773 14,773 11,537 0,227 11%

1,4805 14,805 12,779 0,274 13%

1,4892 14,892 14,030 0,318 14%

1,4952 14,952 15,278 0,340 15%

1,4914 14,914 16,497 0,374 16%

1,4926 14,926 17,747 0,381 17%

1,4862 14,862 18,997 0,395 19%

1,4938 14,938 20,247 0,397 20%



Esfuerzo de

Corte (N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,0304 0,304 0,307 0,004 0%

0,2854 2,854 0,899 0,083 1%

0,7725 7,725 1,959 0,181 2%

1,0121 10,121 3,138 0,233 3%

1,0835 10,835 4,326 0,277 4%

1,1213 11,213 5,557 0,262 6%

1,0812 10,812 6,786 0,209 7%

1,0092 10,092 8,039 0,138 8%

0,9468 9,468 9,303 0,091 9%

0,8905 8,905 10,554 0,047 11%

0,8683 8,683 11,801 0,024 12%

0,8631 8,631 13,029 0,009 13%

0,8542 8,542 14,284 -0,011 14%

0,8503 8,503 15,535 -0,029 16%

0,8457 8,457 16,764 -0,036 17%

0,8501 8,501 17,385 -0,043 17%

0,8508 8,508 18,837 -0,045 19%

0,8506 8,506 19,991 -0,047 20%


148

Al extraer los datos de la tabla y graficarlos se obtiene la siguiente

curva intrínseca para este tipo de suelo:

Ilustración 65: Curva Intrínseca para Arena.

Como es posible observar, en este ensayo se obtiene una cohesión

igual a 2,682 N/cm2, lo que equivale aproximadamente a 0,27 kg/cm2, que

para efectos prácticos se desprecia, ya que los suelos granulares no poseen

cohesión. Se obtiene además de esta curva el ángulo de fricción interno del

suelo, y queda definido por la ecuación de la curva intrínseca:

τ σn · 0,6112 + 2,682

Donde el ángulo ϕ queda definido por la función arco tangente

(0,6112), y adopta el valor de 31,43º.

Al comparar este valor de ángulo de fricción interno con los valores

presentados en la tabla uno podemos corroborar el valor obtenido con los

valores referenciales para las arenas limosas, ya que estas, dependiendo de

su estado de densidad, varían entre 28° y 34°.

2,682

y = 0,6112x + 2,682 R² = 0,9994

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50

Esfu

erz

o d

e C

ort

e N

/cm

2

Tensión Normal N/cm2

149

Otro aspecto analógico que es posible realizar con éste resultado es la

comparación con el SPT realizado al suelo de fundación para el Puente Las

Minas, del proyecto Costanera del Estrecho.

En la ilustración se observa el resultado de uno de los sondajes

realizados en este sector, aunque presenta el inconveniente que los primeros

estratos corresponden a rellenos en el terreno. Aún así, desde los 3m de

profundidad encontramos un terreno apto para realizar la comparación.

Ilustración 66: Ensayo SPT al suelo del Puente Las Minas.

150

Se debe tener presente que los estratos donde se analizará el SPT

son estratos de mayor profundidad que de donde se extrajo material para

realizar los ensayos de Corte Directo, por lo tanto el confinamiento será

mayor, y a su vez el número de golpes que se hubiesen registrado si los

datos se hubiesen obtenido desde estratos superficiales.

El número de golpes para los estratos inmediatamente inferiores a 3 m

corresponde a 29, 24 y 25 golpes, que según la tabla 2correspondería a un

suelo con un ángulo de fricción entre 30º y 36º, rango en el cual se encuentra

el ángulo de rozamiento obtenido.

5.3. ENSAYO DE CORTE DIRECTO A UN LIMO ARCILLOSO.

Este ensayo se aplicó a un suelo típico de la región llamado mazacote.

El inconveniente de trabajar con éste tipo de suelo es que aún no ha sido

definido, por lo tanto no se sabe a ciencia cierta qué es el mazacote. Todavía

no existe un conceso en ésta temática, pero se habla de la existencia de tres

tipos, que básicamente varían en su color (azul, verde y gris). El suelo

utilizado para realizar éste ensayo es del tipo gris, aunque no se encontraba

en estado puro, sino que mezclado con arena, lo que significa que

posiblemente el suelo no sea mazacote sino Til, que es otro suelo muy

parecido al mazacote que se diferencia básicamente en que la porción

plástica de suelo se encuentra mezclada con partículas de mayor tamaño de

forma angulosa. Como el fin de este trabajo de titulación no es definir los

criterios para caracterizar éstos materiales, se dejarán los datos recopilados

de éste suelo a libre disposición para que cada quien interprete los

resultados de la manera que mejor estime.

151

Las muestras de éste material fueron extraídas desde una calicata

ubicada en la ciudad de Punta Arenas, en las cercanías de la Av. Eduardo

Frei, entre las calles Manuel Aguilar y General del Canto, en el sector Santos

Mardones.

La estratigrafía de la calicata es la siguiente:

Ilustración 67: Estratigrafía Calicata Santos Mardones

El suelo fue extraído aproximadamente a los 2m de profundidad, bajo

la napa freática. El método de extracción fue mediante la inserción de tubos

de PVC de 110mm de diámetro y 0,3 m de largo directamente en el suelo,

extrayéndolos posteriormente con el material a ensayar en su interior.

- 0,00 m

- 0,20 m

- 1,20 m

Napa freática.

- 1,80 m

- 2,30 m

MAT. VEGETAL

ARCILLA

COLOR CAFÉ CON PLASTICIDAD

COMPACIDAD ALTA

OLOR TERREO

LIMO ARCILLOSO COMPACIDAD ALTA

COLOR GRIS OLOR TERREO

PLASTICIDAD MEDIA

152

Debido a la cohesión de este el suelo, hubo que presionar la parte

superior de los tubos de PVC con la pala de una retroexcavadora, para evitar

que los tubos se rompieran durante el proceso se colocó su parte superior

una placa de madera para distribuir la presión uniformemente en la superficie

del tubo. Para la extracción de estos tubos, fue necesario utilizar nuevamente

la pala de la retroexcavadora, este proceso requiere de un operador

calificado con experiencia, pues de no ser así los tubos pudiesen haber sido

deformados o rotos.

El material dentro de los tubos fue extraído y cortado "en rodajas" de 3

cm de espesor aproximadamente, las que posteriormente se utilizaron para

moldear las probetas con el cortador metálico de 6 x 6 centímetros. El

almacenamiento y montaje dentro de la caja de corte fue exactamente igual

que en el suelo arcilloso. El siguiente paso fue el cálculo de la velocidad de

corte a través del t90, la curva de consolidación se presenta a continuación.

Ilustración 68: Curva de Consolidación para el Mazacote Santos Mardones.

0

1

2

3

4

5

6

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00

Des

cen

so (

mm

)

Raiz cuadrada del tiempo (mm1/2)

Curva de Consolidación para el Mazacote Santos Mardones

153

Cálculo de t90 y determinación de la velocidad de ensayo:

En este caso también se utilizó el método de Taylor34, trazando la

recta tangente (de color verde) a la curva de consolidación vs. Raíz del

tiempo, el valor registrado en este caso al interceptar el eje de las Abscisas

es 1,95 min1/2. Este valor a ser multiplicado por el factor 1,15 nos entrega el

valor que da origen a la recta azul, y el igual a 2, 24 min1/2.

Al igual que en el caso anterior, en la intersección de la recta azul con

la curva de consolidación, se traza una recta vertical de color naranja cuyo

valor de intersección con el eje de las Abscisas, entrega la raíz cuadrada del

t90 (1,75min1/2). El de t90 equivale a 3,06 min.

Siguiendo los mismos pasos que en el caso de las arcillas, con las

mismas constantes, y considerando que la falla se produce a los 10 mm, se

tiene que la velocidad de corte es de 0,27951 mm/min. Esta velocidad nos

asegura que no se producen presiones de poro pero para aumentar la

certeza, fue disminuida 0,2 mm/min.

Las cargas utilizadas para realizar este ensayo equivalen a las cargas

utilizadas en el ensayo de corte directo para las arenas, es decir, partiendo el

primer ensayo en 4 kg/cm2(39,24 N/cm2), y disminuyendo 1 kg/cm2(9,81

N/cm2) en los tres ensayos siguientes.

En este ensayo se tomará como punto de falla el 15% del

desplazamiento lateral relativo, lo que equivale a decir que la recta intrínseca

se conformará con los valores del esfuerzo de corte correspondientes a dicho

valor.

Las condiciones para éste ensayo son las que señala la norma ASTM

D 3080, ensayos de corte directo bajo condiciones consolidadas y drenadas.

34

El mismo método utilizado en la curva de consolidación del suelo arcilloso.

154

Los resultados de los ensayos se presentan las siguientes tablas:


Esfuerzo de Corte (N/cm2)

Desplazamiento Horizontal (mm)

Deformación Vertical (mm)


0,0159 0,442 0,017 0,009 0%

0,4462 12,394 0,693 0,156 1%

0,5835 16,208 1,421 0,281 2%

0,6208 17,243 1,778 0,301 3%

0,6636 18,433 2,613 0,380 4%

0,7023 19,508 3,000 0,428 5%

0,7450 20,694 3,807 0,500 6%

0,7642 21,228 4,212 0,536 7%

0,8066 22,406 5,017 0,613 8%

0,8247 22,908 5,406 0,640 9%

0,8394 23,317 6,219 0,687 10%

0,8448 23,467 6,625 0,710 11%

0,8578 23,828 7,425 0,752 12%

0,8659 24,053 7,838 0,780 13%

0,8801 24,447 8,643 0,801 14%

0,8807 24,464 9,052 0,826 15%

0,8752 24,311 9,454 0,844 16%

0,8631 23,975 10,275 0,873 17%

0,8647 24,019 11,088 0,884 18%

0,8666 24,072 11,490 0,892 19%

Tabla 27: Registro de Datos para Corte Directo del Mazacote Santos Mardones, ensayo a 39,24 N/cm

2.

El esfuerzo de corte correspondiente al 15% de desplazamiento lateral

relativo para una presión de confinamiento 39,24 N/cm2, es de 24.464N/cm2.

155


Esfuerzo de

Corte (N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,0189 0,525 0,010 0,004 0%

0,3028 8,411 0,309 0,067 1%

0,4056 11,267 0,968 0,184 2%

0,4915 13,653 1,749 0,277 3%

0,5263 14,619 2,382 0,304 4%

0,5314 14,761 2,742 0,332 5%

0,5516 15,322 3,631 0,389 6%

0,5589 15,525 4,097 0,458 7%

0,5691 15,808 4,522 0,535 8%

0,5889 16,358 5,350 0,639 9%

0,6002 16,672 5,771 0,673 10%

0,6180 17,167 6,572 0,742 11%

0,6301 17,503 7,386 0,787 12%

0,6368 17,689 7,797 0,827 13%

0,6502 18,061 8,614 0,871 14%

0,6546 18,183 9,018 0,893 15%

0,6485 18,014 9,848 0,930 16%

0,6447 17,908 10,241 0,943 17%

0,6310 17,528 11,061 0,965 18%


2.


relativo para una presión de confinamiento de 29,43 N/cm2, es de 18,183

N/cm2.

156


Esfuerzo de

Corte (N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,0316 0,878 0,006 0,017 0%

0,2172 6,033 0,511 0,148 1%

0,3028 8,411 1,243 0,307 2%

0,3225 8,958 1,651 0,373 3%

0,3709 10,303 2,444 0,421 4%

0,3800 10,556 2,786 0,441 5%

0,4000 11,111 3,620 0,510 6%

0,4183 11,619 4,432 0,593 7%

0,4300 11,944 4,842 0,629 8%

0,4528 12,578 5,658 0,699 9%

0,4598 12,772 6,048 0,728 10%

0,4635 12,875 6,460 0,747 11%

0,4634 12,872 7,273 0,775 12%

0,4661 12,947 8,075 0,813 13%

0,4683 13,008 8,488 0,830 14%

0,4704 13,067 9,291 0,860 15%

0,4717 13,103 9,715 0,870 16%

0,4729 13,136 10,103 0,885 17%

0,4715 13,097 10,523 0,895 18%

0,4708 13,078 10,924 0,905 18%


2.


relativo bajo una presión de confinamiento igual a19,62 N/cm2, equivale a

13,067 N/cm2.

157


Esfuerzo de

Corte (N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,0049 0,136 0,007 0,000 0%

0,1027 2,853 0,304 0,045 1%

0,1488 4,133 1,063 0,160 2%

0,1831 5,086 1,859 0,279 3%

0,1900 5,278 2,680 0,333 4%

0,1950 5,417 3,052 0,344 5%

0,2146 5,961 3,879 0,403 6%

0,2210 6,139 4,279 0,415 7%

0,2250 6,250 4,692 0,422 8%

0,2305 6,403 5,103 0,447 9%

0,2399 6,664 5,933 0,490 10%

0,2460 6,833 6,752 0,520 11%

0,2465 6,847 7,152 0,528 12%

0,2472 6,867 7,568 0,542 13%

0,2510 6,972 8,363 0,568 14%

0,2529 7,025 8,777 0,578 15%

0,2563 7,119 9,584 0,585 16%

0,2569 7,136 10,002 0,590 17%

0,2603 7,231 10,810 0,596 18%


2.


relativo bajo una presión de confinamiento igual a 9,81 N/cm2, es de7,025

N/cm2.

158

Al superponer todos los valores correspondientes al esfuerzo de corte

obtenidos en los cuatro ensayos, con respecto al desplazamiento lateral

relativo, obtenemos el siguiente gráfico:

Ilustración69: Esfuerzo de corte vs DLR en el Mazacote Santos Mardones.

Se observa en el gráfico que partir del 15% de desplazamiento lateral

relativo los valores esfuerzo de corte comienzan a volverse constantes.

Con los valores de esfuerzo de corte en el 15% del desplazamiento

lateral relativo, obtenidos en el análisis previo, es posible dibujar la curva

intrínseca del este suelo. Como se observa en la ilustración 67, éste suelo

posee una cohesión de 1,3264 N/cm2, y su curva intrínseca queda definida

por la siguiente ecuación:

τ σn · 0,5854 + 1,3264

0

5

10

15

20

25

30

0% 5% 10% 15% 20%

Esfu

ero

de

Co

rte

(N

/cm

2)


39,24 N/cm2

26,43 N/cm2

19,62 N/cm2

9,81 N/cm2

159

Ilustración70: Curva Intrínseca del Mazacote Santos Mardones.

Al aplicar el arco tangente a 0,5854, obtenemos el valor del ángulo de

rozamiento interno de este suelo, que equivale a 30,3°, un valor demasiado

alto para un suelo fino pero es que si se analiza en conjunto con su

granulometría, se justifica por su contenido de fracción gruesa (arena,

gravilla). Aún así, el valor calculado se encuentra dentro de los parámetros

presentados en la tabla 1.

Por otro lado, al graficar el descenso de la muestra v/s el

desplazamiento lateral relativo, se observa el mismo fenómeno encontrado

en la arcilla de baja plasticidad. Al observar la ilustración 68, se puede notar

que el descenso en el ensayo con menor carga no es tan notorio como en los

tres con mayores cargas, y que estos últimos son prácticamente iguales. La

explicación a esto es exactamente la misma que en el caso de la arcilla de

baja plasticidad.

1,3264

y = 0,5854x + 1,3264 R² = 0,9986

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50 60

Ten

sió

n d

e C

ort

e N

/cm

2

Esfuerzo Normal N/cm

160

Ilustración71: Descenso de las probetas del Mazacote Santos Mardones con respecto al DLR.

5.4. ENSAYO DE CORTE DIRECTO A MAZACOTE (CERECO).

Este ensayo, al igual que caso anterior, también fue aplicado al

“mazacote”, la diferencia radica en que éste material no está mezclado con

arena y fue extraído desde un recinto aledaño a CERECO, ubicado en las

cercanías de Río de los Ciervos.

En el ensayo realizado en este caso es del tipo residual (más de un

corte), y el método de extracción fue el mismo utilizado en el caso anterior a

excepción de la utilización de palas en vez de retroexcavadora.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00%

De

sce

nso

(m

m)


39,24 N/cm2

26,43 N/cm2

19,62 N/cm2

9,81 N/cm2

161

Ilustración 72: Inserción del tubo de PCV en el suelo.

Ilustración 73: Tubo de PVC enterrado completamente en el suelo a extraer.

162

Al ser probetas inalteradas, se utilizó la misma metodología aplicada

para el limo arcilloso en su confección.

Cálculo de t90 y determinación de la velocidad de ensayo:

Ilustración 74: Curva de Consolidación del Mazacote CERECO.

Al igual que en el caso anterior se utilizó el método de Taylor, trazando

la recta tangente (de color verde) a la curva de consolidación vs. Raíz del

tiempo, el valor registrado en este caso al interceptar el eje de las Abscisas

es 9,1 min1/2. Este valor a ser multiplicado por el factor 1,15 nos entrega el

valor que da origen a la recta azul, y el igual a 10,47 min1/2.

Al igual que en el caso anterior, en la intersección de la recta azul con

la curva de consolidación, se traza una recta vertical de color naranja cuyo

valor de intersección con el eje de las Abscisas, entrega la raíz cuadrada del

t90 (8,45 min1/2). El t90 equivale a 71,40 min.

0

1

2

3

4

5

6

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00

Des

cen

so (

mm

)

Raiz Cuadrada del tiempo (min1/2)

Curva de Consolidación del Mazacote

163

Siguiendo los mismos pasos que en el caso de las arcillas, con las

mismas constantes, y considerando que la falla se produce a los 12 mm, se

tiene que la velocidad de corte es de 0,01439 mm/min. Esta velocidad nos

asegura que no se producen presiones de poro. EL valor será redondeado a

0,014 mm/min.

Las cargas utilizadas en este ensayo serán tres: 4 kg/cm2 (39,24

N/cm2), 2 kg/cm2 (19,62 N/cm2), y 1 kg/cm2 (9,81 N/cm2).

En este ensayo, al ser un ensayo de corte residual, la falla estará

determinada por la última resistencia que alcance el suelo.

Debido a que la velocidad de corte es demasiado lenta, y a que este

ensayo es sólo demostrativo, se realizarán sólo 2 ciclos, sin embargo, en el

equipo de corte directo del Laboratorio Austro-Umag, es posible realizar

hasta 9 ciclos.

Las condiciones para éste ensayo son las que señala la norma ASTM

D 3080, ensayos de corte directo bajo condiciones consolidadas y drenadas.

Los registros de datos se presentan a continuación:

164


Esfuerzo de

Corte (N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,000 0,000 0,000 0,000 0,00%

0,115 3,181 0,017 0,004 0,03%

0,256 7,117 0,128 0,039 0,21%

0,354 9,833 0,303 0,057 0,51%

0,405 11,261 0,567 0,113 0,95%

0,460 12,767 0,858 0,146 1,43%

0,498 13,839 1,124 0,205 1,87%

0,534 14,819 1,401 0,262 2,34%

0,560 15,561 1,700 0,302 2,83%

0,582 16,161 1,983 0,321 3,31%

0,601 16,697 2,268 0,366 3,78%

0,609 16,925 2,581 0,382 4,30%

0,615 17,075 2,861 0,388 4,77%

0,620 17,225 3,153 0,400 5,26%

0,626 17,392 3,426 0,419 5,71%

0,635 17,633 3,717 0,451 6,20%

0,636 17,667 4,025 0,465 6,71%

0,639 17,750 4,311 0,477 7,19%

0,645 17,928 4,597 0,503 7,66%

0,002 0,064 4,597 0,798 7,66%

0,203 5,642 4,824 0,873 8,04%

0,313 8,703 5,058 0,904 8,43%

0,368 10,233 5,330 0,926 8,88%

0,455 12,636 5,580 0,951 9,30%

0,522 14,508 5,849 0,962 9,75%

0,622 17,289 6,387 0,978 10,65%

0,659 18,300 6,669 0,984 11,12%

0,683 18,975 7,222 1,002 12,04%

0,692 19,231 7,524 1,008 12,54%

0,693 19,253 7,816 1,013 13,03%

0,693 19,236 8,102 1,017 13,50%

0,692 19,225 8,400 1,020 14,00%

0,692 19,225 8,993 1,023 14,99%

0,692 19,225 9,573 1,027 15,96%

0,683 18,972 10,154 1,031 16,92%

Tabla 31: Registro de Datos para Corte Directo de Mazacote CERECO, ensayo a 39,24 N/cm2.

165


Esfuerzo de

Corte (N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,000 0,000 0,000 0,000 0,00%

0,135 3,753 0,245 0,046 0,41%

0,177 4,925 0,491 0,102 0,82%

0,208 5,767 0,781 0,176 1,30%

0,231 6,411 1,070 0,201 1,78%

0,248 6,892 1,345 0,249 2,24%

0,258 7,178 1,643 0,287 2,74%

0,269 7,469 1,926 0,318 3,21%

0,279 7,750 2,228 0,352 3,71%

0,289 8,031 2,509 0,389 4,18%

0,293 8,131 2,812 0,406 4,69%

0,298 8,283 3,113 0,424 5,19%

0,306 8,497 3,397 0,443 5,66%

0,311 8,644 3,689 0,474 6,15%

0,315 8,756 3,978 0,504 6,63%

0,318 8,844 4,274 0,509 7,12%

0,320 8,892 4,557 0,531 7,60%

0,320 8,881 4,859 0,534 8,10%

0,319 8,850 5,142 0,550 8,57%

0,323 8,972 5,437 0,560 9,06%

0,322 8,933 5,713 0,572 9,52%

0,083 2,317 5,912 0,911 9,85%

0,150 4,169 6,163 0,935 10,27%

0,198 5,508 6,423 0,946 10,71%

0,234 6,503 6,711 0,969 11,19%

0,286 7,953 7,263 0,976 12,11%

0,306 8,508 7,545 0,981 12,58%

0,312 8,672 7,830 0,983 13,05%

0,328 9,122 8,409 0,984 14,02%

0,339 9,414 8,691 0,984 14,49%

0,342 9,486 8,991 0,984 14,99%

0,341 9,464 9,280 0,984 15,47%

0,341 9,461 9,563 0,985 15,94%

0,340 9,444 9,874 0,985 16,46%

0,339 9,428 10,158 0,987 16,93%

Tabla 32: Registro de Datos para Corte Directo de Mazacote CERECO, ensayo a 19,62 N/cm2.

166


Esfuerzo de

Corte (N/cm2)

Desplazamiento

Horizontal (mm)

Deformación

Vertical (mm)

Desplazamiento

Lateral Relativo

0,000 0,000 0,000 0,000 0,00%

0,017 0,464 0,400 0,121 0,67%

0,037 1,036 0,665 0,166 1,11%

0,051 1,417 0,954 0,222 1,59%

0,064 1,775 1,241 0,277 2,07%

0,074 2,042 1,517 0,311 2,53%

0,080 2,231 1,809 0,334 3,02%

0,085 2,367 2,111 0,390 3,52%

0,090 2,494 2,406 0,407 4,01%

0,093 2,575 2,688 0,429 4,48%

0,097 2,681 2,974 0,457 4,96%

0,100 2,769 3,274 0,492 5,46%

0,103 2,858 3,699 0,539 6,17%

0,111 3,083 3,999 0,555 6,67%

0,111 3,092 4,291 0,566 7,15%

0,111 3,081 4,575 0,582 7,63%

0,112 3,108 4,867 0,590 8,11%

0,113 3,147 5,158 0,604 8,60%

0,112 3,117 5,456 0,625 9,09%

0,114 3,175 5,740 0,639 9,57%

0,116 3,208 5,884 0,640 9,81%

0,011 0,314 5,884 1,001 9,81%

0,022 0,622 6,019 1,009 10,03%

0,041 1,144 6,296 1,024 10,49%

0,058 1,611 6,586 1,032 10,98%

0,071 1,978 6,866 1,041 11,44%

0,085 2,353 7,151 1,042 11,92%

0,095 2,647 7,430 1,049 12,38%

0,104 2,894 7,724 1,053 12,87%

0,111 3,092 8,010 1,053 13,35%

0,112 3,111 8,294 1,060 13,82%

0,113 3,139 8,720 1,070 14,53%

0,116 3,222 9,502 1,081 15,84%

0,118 3,278 10,090 1,089 16,82%

Tabla 33: Registro de Datos para Corte Directo de Mazacote CERECO, ensayo a 9,81 N/cm2

167

Al superponer todos los valores correspondientes al esfuerzo de corte

obtenidos en los cuatro ensayos, con respecto al desplazamiento lateral

relativo, obtenemos el siguiente gráfico:

Ilustración 75: Esfuerzo de corte vs DLR en el Mazacote CERECO.

Se observa del grafico que el primer ciclo del ensayo realizado a 39,24

N/cm2 es de menor desplazamiento que el de las otras dos muestras, aunque

el segundo ciclo es de mayor longitud y compensa esta desigualdad.

Al promediar las últimas resistencias es posible obtener la siguiente

tabla resumen:

Presión de confinamiento (N/cm2) Esfuerzo de Corte (N/cm")

39,24 19,153

19,62 9,452

9,81 3,25

Al graficar los datos obtenidos se obtiene que el ángulo de fricción (Φ)

es igual a 28,09º, aplicando la misma metodología expuesta anteriormente.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0% 5% 10% 15% 20%

Esfu

erz

o d

e C

ort

e (

N/c

m2

)


9,81 N/cm2

19,62 N/cm2

39,24 N/cm2

168

Ilustración 76: Curva intrínseca del Mazacote CERECO.

Al observar el siguiente gráfico observamos un comportamiento similar

de las muestras bajo diferentes cargas, aunque además es posible observare

que la muestra continúa su consolidación producto del desplazamiento en

reversa de la caja de corte durante el en ensayo.

Ilustración 77: Descenso de las probetas del Mazacote CERECO con respecto al DLR.

y = 0,5338x - 1,6005 R² = 0,9959

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Esfu

erz

o d

e C

ort

e (

N/c

m2

)

Presión de Confinamiento (N/cm2)

Curva Intrínseca

0

0

0

1

1

1

1

0% 5% 10% 15% 20%

De

sce

nso

(m

m)


9,81 N/cm2

19,62 N/cm2

39,24 N/cm2

169

CONCLUSIONES

El objetivo principal de este trabajo fue cumplido ya que el equipo de

corte directo del Departamento de Ingeniería en Construcción está operativo

y de acuerdo a la normativa existente.

El equipo fue reseteado, solucionando el problema del firmware.

Se fabricó el soporte del transductor vertical faltante.

Se calibró cada componente con un instrumento de referencia.

Se realizaron ensayos de prueba para verificar el correcto

funcionamiento.

Se cumplió con el objetivo de generar un manual de uso para el

equipo de Corte Directo, ya que:

En ésta tesis se dedica el capítulo II a describir las funciones de

éste.

Se dedica el capítulo III a establecer una metodología adecuada

para realizar ensayos en él, según la norma ASTM 3080.

Además, se presentan ensayos modelos en el capítulo V de éste

trabajo.

Dentro del capítulo de ensayos modelo, se presentan los resultados

que confirman el cumplimiento del tercer objetivo específico, pues:

Se obtuvo el ángulo de fricción Interno (Φ)y la Cohesión (C) de los

suelos de Konaiken, CERECO y otros sectores de Punta Arenas.

170

Se obtuvo el ángulo de fricción Interno (Φ)de un suelo granular del

borde costero de la ciudad.

Además, se corroboró la funcionalidad del ensayo de Corte Residual,

ya que el último ensayo realizado fue a un suelo plástico, al cual se le

aplicaron dos ciclos de corte, obtenido resultados válidos y confirmando el

estudio de algunos suelos al someterlos a cargas cíclicas.

Los resultados obtenidos se detallan en la siguiente a continuación:

Suelo Tipo de ensayo Ángulo Φ Cohesión

Suelo Konaiken CD 33,9º -

Suelo Arena CD 31,33º -

Mazacote Santos Mardones CD 30,3º 1,32N/cm2

Mazacote CERECO Residual CD 28,09º -

171

BIBLIOGRAFÍA ASTM. (1998). D 2216 Method for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of

Soil and Rock.

ASTM. (2003). D 2435 Test Method for One Dimensional Consolidation Properties of Soils.

ASTM. (2000). D 2487 Test Method for Classification of Soils for Engineering Purposes.

ASTM. (2003). D 3080 Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under

Consolidated Drained Conditions.

ASTM. (2000). D 4318 Test Method for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils.

Biografías y Vidas. (n.d.). Biografías y Vidas. Retrieved Diciembre 2009, from

http://www.biografiasyvidas.com/biografia/c/coulomb.htm

Biografías y Vidas. (n.d.). Biografías y Vidas. Retrieved Diciembre 2009, from

http://www.biografiasyvidas.com/biografia/c/coulomb.htm

Crepo Villalaz, C. (2004). Mecánica de Suelos y Cimentaciones (5 ed.).

Gonzalez de Vallejo, L. I., Ferrer, M., Ortuño, L., & Otero, C. (2004). Ingeniería Geologica.

Juárez Baillo, E., & Rico Rodríguez, A. (1973). Mecánica de Suelos.

172

ANEXOS

173

GRANULOMETRÍAS A LOS SUELOS ENSAYADOS.

Identificación

Identificación Muestra SUELO

KONAIKEN ARENA

MAZACOTE SANTOS

MARDONES

MAZACOTE CERECO

Clasificación

U.S.C.S. CL SP-SM CH CL

AASHTO A-4 (8) A1-a (0) A-7-6 (22) A-4 (6)

Granulometría

Tamiz % en Peso que Pasa

[mm] [ASTM]

80 3” 100% 100% 100% 100%

63 2 ½” 100% 97,86% 100% 100%

50 2” 100% 91,26% 100% 100%

40 1 ½” 100% 87,61% 100% 100%

25 1” 100% 81,17 100% 100%

20 ¾” 100% 73,23 100% 100%

10 3/8” 100% 64,91% 100% 100%

5 Nº4 100% 54,43% 100% 100%

2 Nº10 99,88% 29,31% 99,98% 99,7%

0.5 Nº40 98,57% 15,95% 99,91% 98,7%

0.08 Nº200 88,77% 5,84% 70,11% 93,5%

Sobretamaño en 3” [%] - - - -

Limite Líquido [%] 30% - 54% 26,6%

Limite Plástico [%] 20% - 22% 18,3%

Índice de Plasticidad

[%] 10% NP 32% 8,3%

universidad de magallanes - umag.cl en arcillas de baja plasticidad (drenada). ..... 43 curvas en...

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