Ensayo Corte Directo

“Año de la consolidación del Mar de Grau” “ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL AMBIENTAL”

TRABAJO Ensayo de corte directo DOCENTE: Ing. Angel Alberto Lorren Palomino RESPONSABLES: Balladares Pizarro, Miguel Barrios Farroñan, Luis Chapoñan Garnique, Martin Gamonal Coronel, Gianela Pachas Guerrero, Tatiana Tuse Vargas, Yomira Rojas Tafur, Susan FECHA: 25 DE MAYO DEL 2015

INDICE INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN......................... ...................................... .......................... .......................... .......................... ........................... ....................... ......... 2 OBJETIVOS ......................... ...................................... .......................... ........................... ........................... .......................... .......................... .................. ..... 4 OBJETIVOS PRINCIPAL .......................... ....................................... ........................... ........................... .......................... .................... .......4 OBJETIVOS ESPECIFICOS ESPECIFICOS .......................... ........................................ ........................... .......................... .......................... ................ ... 4 I.

MARCO TEORICO.......................... ....................................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............5 1. RESISTENCIA RESISTENCIA AL CORTE DE UN UN SUELO ......................... ....................................... ......................... ...........5 2. ECUACIÓN DE FALLA DE COULOMB COULOMB (1776) (1776) ......................... ....................................... ..............5 3. ENSAYO DE CORTE DIRECTO .......................... ....................................... .......................... ........................... ..............6 ALCANCE............... ALCANCE............................. ........................... .......................... .......................... .......................... ........................... ....................... ......... 6 4.NORMATIVA......................... ...................................... ........................... ........................... .......................... .......................... .................. ..... 8 a) ASTM D3080-72 ................ ............................. .......................... .......................... .......................... ........................... ....................... ......... 8 b) NORMAS RELACIONADAS RELACIONADAS ......................... ....................................... ........................... .......................... .................... ....... 9

II. EQUIPOS Y MATERIALES .......................... ........................................ ........................... ........................... ......................... ...........10 III.

PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO .......................... ....................................... .......................... .......................... ........................... ..................... ....... 14 1. PREPARACION PREPARACION DEL ESPECIMEN......................... ...................................... .......................... ....................... ..........14 2. PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO EN LA MAQUINA DE CORTE ............. ............. 18

IV.

DATOS Y RESULTADOS ......................... ....................................... ........................... ........................... ......................... ...........19

1. DATOS DEL LABORATORIO ........................................... ................................................................. ................................ .......... 19 ................................................................ ............................................ ........................................ .................. 20 2. CÁLCULOS ..........................................

3. RESULTADOS ........................................... 21 ................................................................. ............................................ .................................... .............. V. GRÁFICOS......................... ....................................... ........................... .......................... .......................... .......................... ....................... ..........22 VI.

ANALISIS DE RESULTADOS RESULTADOS Y CONCLUCIO CONCLUCIONES NES.......................... .................................... ..........234 234

VII.

RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES .......................... ........................................ ........................... ........................... ....................... .........234

VII. ANEXOS…………………………………………………………………………..25

INTRODUCCIÓN En el presente trabajo nos dedicaremos a realizar la prueba de suelo ensayo de corte directo el cual se utiliza para medir la resistencia, cohesión y Angulo de fricción principalmente de suelos granulares finos. Este método describe y regula el método de ensayo para la determinación de resistencia al corte de una muestra de suelo, sometida previamente a un proceso de consolidación, cuando se le aplica un esfuerzo de cizalladura o corte directo mientras se permite un drenaje de ella. El ensayo se lleva a cabo deformando una muestra a velocidad controlada, cerca de un plano de cizalladura. Generalmente se ensayan tres o más espécimen, cada uno bajo una carga normal diferente para determinar su efecto sobre la resistencia al corte y al desplazamiento y las propiedades de resistencias a partir de las envolentes de resistencia de Mohr. Los esfuerzos de cizalladura y los desplazamientos no se distribuyen uniformemente dentro de la muestra y no se puede definir una altura apropiada para el cálculo de las deformaciones de cizalladura. En consecuencia, a partir de este ensayo no

pueden determinar las

relaciones esfuerzo-deformación o cualquier otro valor asociado, como el módulo de cizalladura. La determinación de las envolentes de resistencia y el desarrollo de criterios para interpretar y evaluar los resultados del ensayo se dejan a criterios del ingeniero o de la oficina que solicita el ensayo. Las condiciones del ensayo, incluyendo los esfuerzos normales y la humedad, son seleccionadas para representar las condiciones del campo que se investigan.

OBJETIVOS OBJETIVOS PRINCIPAL 

Saber determinar la deformación y el ángulo de fricción interno para una muestra de arena seca.



Calcular la capacidad portante de la muestra obtenida.

OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Obtener la gráfica de distribución de esfuerzos cortantes vs deformación, para unas determinadas cargas aplicadas a dicha muestra.



Encontrar los valores máximos de los esfuerzos cortantes para las diferentes cargas aplicadas.



Obtener la gráfica de esfuerzo normal contra cortantes máximos.

I.

MARCO TEORICO

1. RESISTENCIA AL CORTE DE UN SUELO Esta resistencia del suelo determina factores como la estabilidad de un talud, la capacidad de carga admisible para una cimentación y el empuje de un suelo contra un muro de contención.

2. ECUACIÓN DE FALLA DE COULOMB (1776) Coulomb observó que si el empuje de un suelo contra un muro produce un desplazamiento en el muro, en el suelo retenido se forma un plano recto de deslizamiento. Él postuló que la máxima resistencia al corte, en el plano de falla, está dada por: τf = c + σ tg φ 

(1)

Donde: σ = Es el esfuerzo normal total en el plano de falla. φ = Es el ángulo de fricción del suelo (por ejemplo, arena)

c = Es la cohesión del suelo (por ejemplo, arcilla). Esta es una relación empírica y se basa en la LEY DE FRICCIÓN DE AMONTON para el deslizamiento de dos superficies planas, con la inclusión de un término de cohesión c para incluir la fricción propia del suelo arcilloso. En los materiales granulares, c = 0 y por lo tanto: τf = σ tg φ

Suelo granular

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

Suelo cohesivo puro

Pero la ecuación (1) no condujo siempre a resultados satisfactorios, hasta que TERZAGUI publica su expresión σ = σ’ + U con el principio de

los esfuerzos efectivos (el agua no tiene cortante). Entonces: τf = c ‘ + σ’ tg φ’

Fig 5.1.2 Ubicación de las Cargas P y S Puesto que la resistencia al cortante depende de los esfuerzos efectivos, en el suelo los análisis deben hacerse en esos términos, involucrando c’ y φ’,

cuyos valores se obtienen del ENSAYO DE CORTE DIRECTO:

Aplicando al suelo una fuerza normal, se puede proceder a cizallarlo con una fuerza cortante. El movimiento vertical de la muestra se lee colocando un deformímetro en el bastidor superior. El molde no permite control de drenaje, que en el terreno pueden fallar en condiciones de humedad diversas (condición saturada no drenada, parcialmente drenadas o totalmente drenadas), para reproducir las condiciones de campo se programa la velocidad de aplicación de las cargas. En arenas, como el drenaje es libre, el ensayo se considera drenado. Para arcillas la incertidumbre queda, por lo que se recurre al TRIAXIAL.

3. ENSAYO DE CORTE DIRECTO ALCANCE a) Este método describe y regula el método de ensayo para la determinación de la resistencia al corte de una muestra de suelo, sometida previamente a un proceso de consolidación, cuando se le aplica un esfuerzo de cizalladora o corte directo mientras se permite un drenaje completo de ella. El ensayo se lleva a cabo deformando una muestra a velocidad controlada, cerca de un plano de cizalladora determinado por la configuración del

aparato de cizalladora. Generalmente se ensayan tres o más especímenes, cada uno bajo una carga normal diferente para determinar su efecto sobre la resistencia al corte y al desplazamiento y las propiedades de resistencia a partir de las envolventes de resistencia de Mohr. b) Los esfuerzos de cizalladura y los desplazamientos no se distribuyen uniformemente dentro de la muestra y no se puede definir una altura apropiada para el cálculo de las deformaciones por cizalladura. En consecuencia, a partir de este ensayo no pueden determinarse las relaciones esfuerzo-deformación o cualquier otro valor asociado, como el módulo de cizalladura. c) La determinación de las envolventes de resistencia y el desarrollo de criterios para interpretar y evaluar los resultados del ensayo se dejan a criterios del ingeniero o de la oficina que solicita el ensayo. d) Los resultados del ensayo pueden ser afectados por la presencia de partículas de suelo o fragmentos de roca, o ambos. e) Las condiciones del ensayo, incluyendo los esfuerzos normales y la humedad, son seleccionadas para representar las condiciones de campo que se investigan. La velocidad de deformación debe ser lo suficientemente lenta para asegurar las condiciones de drenaje equivalentes a una presión intersticial nula.

4. NORMATIVA El ensayo de Corte de Directo se respalda en lo especificado en la NTP 339.171 (E.050 Suelos y Cimentaciones) y la ASTM D3080-72.

a)

ASTM D3080-72

Este método describe procedimientos para determinar la resistencia al corte consolidado drenado de un suelo en corte directo. El cual puede ser conducido en corte simple o corte doble. Esta prueba es adecuada para un ensayo consolidado drenado porque las trayectorias de drenaje a través del espécimen de ensayo son cortas, permitiendo por esto que los excesos de las presiones de poro sean disipados bastante rápidamente. El ensayo puede ser hecho sobre todo tipo de suelos y sobre muestras inalteradas o remoldeadas. Los valores establecidos en unidades pulgada-libra serán considerados como los estándar. Los resultados del ensayo son aplicables a situaciones de campo donde la consolidación completa ha ocurrido bajo la sobrecarga existente, y la falla es alcanzada lentamente de modo tal que los excesos de presiones de poro son disipados. El ensayo también es útil para determinar la resistencia al corte a lo largo de planos débiles reconocibles dentro del material de suelo. Por otro lado, este ensayo no es adecuado para el desarrollo de relaciones exactas de esfuerzos-deformación del especimen de prueba, debido a la distribución no uniforme de los desplazamientos y esfuerzos de corte.

b)

NORMAS RELACIONADAS Normas ASTM: D2435 Método de Ensayo para Propiedades Consolidación Unidimensional de Suelos.

de

II. 

EQUIPOS Y MATERIALES MATERIALES:  MUESTRA INALTERADA.- se empleará el mismo espécimen del ensayo anterior, la cual fue extraída de un pozo de aproximadamente 13m de profundidad.



PAPEL FILTRO.- el cual se utilizara entre la muestra de suelo y la piedra porosa. Sus dimensiones serán las mismas que la caja de molde.



AGUA DESTILADA



EQUIPOS Y HERRAMIENTAS:  MÁQUINA DE CORTE.- equipo mecánico compuesto por: Deformímetro para medir el desplazamiento vertical y horizontal Tornillo fijadores de la caja de corte Soporte de carga Calibrador Sujetador de deformímetro 

   



CAJA DE CORTE.- de acero inoxidable, por lo general son cuadradas, habiendo también circulares. Está constituido con los siguientes elementos: Tornillos fijadores y de ajuste Caja superior e inferior Piedras deslizantes y porosas   

VISTA FRONTAL

VISTA DE PLANTA



CAJA DE MOLDE.- empleado para adecuar las dimensiones de la muestra en la caja de corte.



PIZON DE MADERA.- elemento que permite a la muestra ser introducida en la caja de corte, desde la caja de molde.



BALANZA.- nos cederán el peso de cada muestra ensayada (antes y después). Con una calibración de 0.01gr.



HORNO de secado.- con circulación de aire y temperatura regulable.



CUCHILLO Y ESPÁTULA.- herramientas que permitirán tallar y enrasar la muestra y adecuarla a la caja de molde.

III.

PROCEDIMIENTO

Nuestro ensayo fue realizado para una muestra inalterada no drenada, teniendo como nociones básicas que los resultados obtenidos no son tan fiables porque la muestra no se realizó en las peores condiciones

PREPARACION DEL ESPECIMEN 

Primer o se sacó la muestra inalterada del tubo de 2”, en la que fue extraído, para esto se utilizó hoja de cierra.

Fig 6.2.2.1. Hoja de sierra cortando el tubo 

Luego se coloca el muestreador en la muestra inalterada hasta que quede completamente llena, luego se enrasa con el enrasador o con un cuchillo, hasta que quede completamente enrasada por los dos lados.

Fig 6.2.2.2. Colocacion de la muestra en el muestreador



Para conocer la humedad de la muestra, se pesa la muestra con el muestrador en la balanza, y luego se coloca en el horno a 110ºc.

Fig 6.2.2.3. Pesando la muestra con el muestreador para el cálculo de humedad



Se coloca en la caja de corte la primera placa de transferencia

Fig 6.2.2.4. Caja de corte con placa de transferencia Seguido de la placa de transferencia se coloca las piedras porosas con el papel filtro y seguido de este la segunda piedra porosa con su papel filtro.



Luego se coloca la muestra quedando alineado y se empuja cuidadosamente con el extractor de la muestra quedando afuera el muestreador



Por último se coloca la segunda piedra porosa con su papel filtro, seguido con la última placa de transferencia, y ya está lista para ser colocada en la máquina de corte.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO EN LA MAQUINA DE CORTE 

Se coloca la caja de corte ya lista con la muestra en la máquina, luego se conecta el dispositivo de carga y se coloca el dial ya habiendo nivelado el brazo de palanca y se coloca la carga.



Luego se coloca el dial en 0, y se empieza a contar los tiempos cuando la maquina empieza a hacer el corte, este proceso se hace 3 veces, con las 3 muestras.

IV.

DATOS Y RESULTADOS

1. DATOS DEL LABORATORIO Esfuerzo Normal (Kg/cm2) Nomenclatura de Muestra Altura (cm) Diámetro (cm) Área de la Muestra (cm2) Volumen de la Muestra (cm3) Peso del Tallador + Mh (g) Peso del Tallador (g) Peso de la Mh (g) Densidad Húmeda (gr/cm3) N° Tara (g) Peso del Tara + Mh (g) Peso del Tara + Ms (g) Peso del Tara (g) Humedad (%) Densidad Seca (gr/cm3)

1

2

4

2.00 35.70 71.40 258.90 155.40 103.50 1.45 1.00 111.50 65.30 0.00 70.75 0.85

2.00 35.70 71.40 254.50 155.40 99.10 1.39 1.00 107.60 58.10 0.00 85.20 0.75

2.00 35.70 71.40 255.50 155.40 100.10 1.40 1.00 109.80 63.30 0.00 73.46 0.81

Datos Carta de Calibración 0.3966285 Ao = 1.144876 A1 =

2. CÁLCULOS Después del ensayo se hicieron cálculos u operaciones en gabinete para hallar nuestros objetivos propuestos

o

Volumen de la muestra = Area ∗ Altura

o

  =

o

  =

(%) =

 ℎ      

   

(  + ) − (  + ) (  + ) − 

 () =     ∗  + 1

  =

  

3. Deformación (%) 0.00 0.05 0.10 0.20 0.35 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00

Anillo Corte Dial 0.00 4.00 4.00 4.00 5.00 10.50 13.20 17.00 21.20 23.90 25.90 27.50 28.90 30.00 30.90 31.50 32.00 32.20 33.00 33.10 33.10 33.10 33.50 33.50 33.50

RESULTADOS 1 kg/cm2 Carga Esf. de Corte Kg (Kg/cm2) 0.00 0.00 2.73 0.08 2.73 0.08 2.73 0.08 3.13 0.09 5.31 0.15 6.38 0.18 7.89 0.22 9.55 0.27 10.62 0.30 11.42 0.32 12.05 0.34 12.61 0.35 13.04 0.37 13.40 0.38 13.64 0.38 13.84 0.39 13.92 0.39 14.23 0.40 14.27 0.40 14.27 0.40 14.27 0.40 14.43 0.40 14.43 0.40 14.43 0.40 0.40

2 kg/cm2 Anillo Carga Esf. de Corte Corte Dial Kg (Kg/cm2) 0.00 0.00 0.00 5.00 3.13 0.09 10.00 5.11 0.14 12.00 5.90 0.17 15.00 7.09 0.20 19.00 8.68 0.24 20.00 9.08 0.25 22.00 9.87 0.28 25.00 11.06 0.31 27.00 11.85 0.33 30.00 13.04 0.37 32.00 13.84 0.39 35.00 15.03 0.42 36.00 15.42 0.43 36.00 15.42 0.43 36.00 15.42 0.43 36.00 15.42 0.43 36.00 15.42 0.43 36.00 15.42 0.43 36.00 15.42 0.43 36.00 15.42 0.43 36.00 15.42 0.43 36.00 15.42 0.43 36.00 15.42 0.43 36.00 15.42 0.43 0.43

4 kg/cm2 Anillo Carga Esf. de Corte Corte Dial Kg (Kg/cm2) 0.00 0.00 0.00 8.00 4.32 0.12 12.00 5.90 0.17 18.00 8.28 0.23 23.00 10.27 0.29 26.50 11.66 0.33 29.50 12.85 0.36 31.90 13.80 0.39 33.10 14.27 0.40 35.00 15.03 0.42 36.00 15.42 0.43 37.10 15.86 0.44 38.10 16.26 0.46 39.00 16.61 0.47 40.00 17.01 0.48 40.90 17.37 0.49 41.10 17.45 0.49 42.00 17.80 0.50 42.90 18.16 0.51 43.10 18.24 0.51 43.50 18.40 0.52 44.00 18.60 0.52 44.05 18.62 0.52 44.10 18.64 0.52 44.10 18.64 0.52 0.52

V.

GRÁFICOS CURVA DE RESISTENCIA

2.50

1 Kg/cm2 2 Kg/cm2 4 Kg/cm2

   )   m   c    /   g    K    (   e    t   r   o    C   e    d   o   z   r   e   u    f   s    E

2.00

   2

1.50

1.00

0.50

0.00 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Deformación (%)

ESFUERZO DE CORTE vs ESFUERZO NORMAL 1.00

   )    2   m 0.75   c    /   g    K    (   e    t   r   o    C 0.50   e    d   o   z   r   e   u    f   s    E 0.25

0.00 0

1

2

3

4

5

Esfuerzo Normal (Kg/cm2)

y = 0.0401x + 0.3593

Cohesión (Kg/cm2)

0.160

Angulo de Fricción interna(º)

2.29

VI. 

ANALISIS DE RESULTADOS Y CONCLUCIONES Según los resultados podemos decir que por la cohesión y el Angulo de fricción obtenido nuestro suelo es una arcilla.



Este ensayo es importante, pues sirve para hallar la capacidad portante del suelo y ver si nuestro suelo resiste a la estructura que está en proyecto.



Este es un ensayo no drenado, pues los resultados obtenidos son muy diferentes al ensayo de corte directo drenado, dando con mejores resultados el ensayo de corte directo drenado.



VII. 

Por el tipo de ensayo que es, los datos no son muy confiables.

RECOMENDACIONES Para calcular la cohesión y el Angulo de fricción en el gráfico, se recomienda hacer en un papel milimetrado donde se obtenga mejores resultados.



Tener mucho cuidado al colocar la muestra en la caja de corte, porque si no está alineada te arruinar la muestra.



Ver el sentido de las placas de transferencia de carga, porque si el sentido es otro, el corte no se realiza o el ensayo sale mal, para mejores

resultados

esperados,

tener

cuidado

con

esta

recomendación. 

No dejar la muestra al contacto con el aire, porque en todo caso la muestra perderá su humedad y el ensayo no saldrá con las condiciones del terreno, y los resultados no serán de ese suelo.



Realizar el ensayo de corte directo drenado y consolidado, pues este tipo de ensayo es más confiable y nos da mejores resultados, porque trabaja en las peores condiciones, y los resultados son más fiables.

VIII.

ANEXOS