Ensayo de Corte Directo in Situ 28-01-18

CONTENIDO Contenido RESUMEN RESUMEN ........................................................................................................................ 3 ABSTRACT ABSTRACT ...................................................................................................................... 4 LISTA DE FIGURAS FIGURAS ........................................................................................................ 5 LISTA DE TABLAS ......................................................................................................... 6 CAPITULO CAPITULO I ..................................................................................................................... 7 INTRODUCIÓN INTRODUCIÓN................................................................................................................ 7 CAPITULO CAPITULO II .................................................................................................................... .................................................................................................................... 8 OBJETIVO OBJETIVO ........................................................................................................................ 8 2.1 OBJETIVO OBJETIVO GENERAL GENERAL ............................................................................................ 8 2.2. OBJETIVO OBJETIVO ESPECIFICOS ESPECIFICOS ..................................................................................... 8 CAPÍTULO CAPÍTULO III .................................................................................................................. 9 MARCO MARCO TEÓRICO´ ......................................................................................................... 9 3.1. ENSAYOS ENSAYOS IN SITU................................................................................................ 9 3.2. ESFUERZOS Y DEFORMACIÓN EN EL PAVIMENTO .................................... 10 3.2.1. MÓDULO ELÁSTICO ................................................................................... 10 3.2.2 SUBRASANTE SUBRASANTE ............................................................................................... 14 3.3. ESTRUCTURA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO PAVIMENTO ASFALTICO ASFALTICO ................................................. 15 3.3.1 COMPORTAMIEN COMPORTAMIENTO TO ELÁSTICO ELÁSTICO................................................................. 17 3.3.2. COMPORTAMIENTO ELASTO – PLÁSTICO PLÁSTICO ............................................. 19 3.4. ENSAYO ENSAYO DE CORTE DIRECTO INSITU ............................................................ 20 3.4.1 DESCRIPCCIÓN Y DEFINICIÓN DEL MÉTODO ........................................ 20 3.4.2. FINALIDAD FINALIDAD Y ALCANCE ALCANCE ............................................................................ 23 3.4.2.1. FINALIDAD FINALIDAD ............................................................................................ 23 3.4.2.2. ALCANCE ............................................................................................... 23 3.4.3. ANTECENDES ANTECENDES .............................................................................................. 23 3.4.3.1 ENSAYO “IN SITU” DE CORTE DIRECTO PRESA DE

MONTEARAGON MONTEARAGON (HUESCA) (HUESCA) ............................................................................. 23 3.4.3.2. ENSAYO “IN SITU” DE CORTE DIRECTO COSTA VERDE LIMA .... 24

3.4.3.3. ESTIMACION DE LOS VALORES DE LA COHESION Y FRICCION DEL MACIZO ROCOSO DE BAJA RESISTENCIA RESIST ENCIA A PARTIR DE ENSAYOS DE CORTE DIRECTO IN-SITU” .........................................................................  ......................................................................... 24 1

3.4.4. RESUMEN Y USO DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO IN SITU ............ 25 3.4.4.1. RESUMEN DEL MÉTODO DE PRUEBA PRUEBA ............................................... 25 3.4.4.2. SIGNIFICADO SIGNIFICADO Y USO ............................................................................ 26 3.4.5. EQUIPOS Y MATERIAL MATERIALES ES .......................................................................... 26 3.4.5.1. EQUIPOS ................................................................................................. 26 3.4.5.2. MATERIALES MATERIALES ......................................................................................... 29 3.4.6. MUESTRA ..................................................................................................... 29 3.4.7. PROCEDIMIEN PROCEDIMIENTO TO ........................................................................................ 29 3.4.8. CALCULOS CALCULOS Y RESULTADO RESULTADOS S ...................................................................... 40 3.4.8.1 FORMULAS FORMULAS UTILIZADAS UTILIZADAS ..................................................................... 40 3.4.8.1 CONSIDERACIONES EN EL CÁLCULO REALIZADO ........................ 42 3.4.8.1 GRÁFICOS GRÁFICOS ............................................................................................... 45 3.4.9. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO IN SITU......................................................................................................................... 46 3.4.9.1. VENTAJAS VENTAJAS .............................................................................................. 46 3.4.9.2. DESVENTAJA DESVENTAJAS S ...................................................................................... 47 CAPITULO CAPITULO IV ................................................................................................................ 48 APLICACIÓN DE CORTE DIRECTO IN SITU EN PAVIMENTOS ............................. 48 4.1. DESCRIPCIÓN DE ESFUERZOS ESFUERZOS EN PAVIMENTOS PAVIMENTOS ........................................ 48 4.2. APLICACIÓ APLICACIÓN N EN AFIRMADOS AFIRMADOS ......................................................................... 49 4.3. APLICACIÓ APLICACIÓN N EN PAVIMENTOS PAVIMENTOS FLEXIBLES FLEXIBLES .................................................. 49 CAPITULO CAPITULO V.................................................................................................................. 53 CONCLUSIONES CONCLUSIONES ........................................................................................................... 53 CAPITULO CAPITULO VI ................................................................................................................ 54 RECOMENDAC RECOMENDACIONES IONES .................................................................................................. 54 CAPITULO CAPITULO VI ................................................................................................................ 55 BIBLOGRAFIA BIBLOGRAFIA .............................................................................................................. 55 ANEXOS ANEXOS ......................................................................................................................... 56

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RESUMEN En el presente trabajo de investigación, está referido a conocer los procedimientos, lineamientos y metodologías a utilizar en el ensayo de corte directo in situ, además se dará sus alcances aplicado a los diferentes tipos de pavimentos. En el ensayo de corte directo in situ nos permite obtener los parámetros de cohesión y fricción el cual se puede aplicar en suelos granulares, macizo fracturado y macizo rocoso de baja resistencia, además permite establecer las deformaciones horizontales y verticales, asimismo los esfuerzos cortantes y esfuerzos normales. El uso de estos parámetros es muy frecuenta en la ingeniería comúnmente en estabilidad de taludes, cimentaciones para presas, diques y otras aplicaciones debido a que son parámetros muy importantes. Con el propósito de conocer y establecer los lineamientos del ensayo de corte directo in situ en el presente trabajo de investigación se describe los antecedentes usados en el Perú y otros países sobre dicho ensayo.

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ABSTRACT

In the present research work, is referred to know the procedures, guidelines and methodologies to be used in the test of direct cutting in situ, in addition will be given its scope applied to the different types of pavements.

In the test of direct cutting in situ allows us to obtain the parameters of cohesion and friction which can be applied in granular soils, fractured solid and rocky mass of low resistance, also allows to establish the horizontal and vertical deformations, as well as the shear and stresses normal.

The use of these parameters is very common in engineering, commonly in slope stability, foundations for dams, dykes and other applications because they are very important  parameters.

In order to know and establish the guidelines of the direct in situ test in this research work, the background used in Peru and other countries on this test is described.

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LISTA DE FIGURAS Figura 1. Esquema representativo de Ensayo de corte in situ   ....................................................... 11 Figura 2. Esquema representativo de Ensayo de corte in situ   ....................................................... 13 Figura 3. Esquema típico de pavimentos asfalticos   ...................................................................... 16 Figura 4. Presión permanente transmitida al suelo  ....................................................................... 18 Figura 5. Comportamiento elástico plástico de un pavimento   ...................................................... 19 Figura 6. Comportamiento elástico, un ciclo cargada y descarga ........................ .......................... 19 Figura 7. Esquema representativo de Ensayo de corte in situ   ....................................................... 21 Figura 8. Montaje de la prueba in situ de cote directo  .................................................................. 22 Figura 9. Esquema representativo del ensayo de corte directo  ...................................................... 28 Figura 10. Ensayo de corte directo in situ   .................................................................................... 28 Figura 11. Tallado de especímenes para realización de ensayos de corte directo in situ ................ 29 Figura 12. Excavación de la alicata a la profundidad requerida con maquinaria o medios manuales   .................................................................................................................................................... 30

Figura 13. Excavación de la calicata a la profundidad requerida y el tallado del espécimen a ensayar   ........................................................................................................................................ 30 Figura 14. Encofrado de espécimen para realizar la adicción de mortero de yeso y cemento  ........ 31 Figura 15. Nivelación de la cara superior del espécimen a ensayar con el uso de mortero  ............ 31 Figura 16. Verificación de superficies uniformes del espécimen a ensayar para luego colocar las cajas metálicas alrededor de sus caras verticales. .......................................................................... 32 Figura 17. Colocación de planchas metálicas alrededor del espécimen fijado con pernos  ............. 32 Figura 18. Esquema de rodillos entre 2 planchas para transmisión de carga axial ......................... 33 Figura 19. Colocación de 4 rodillos sobre la plancha horizontal ......................... .......................... 33 Figura 20. Detalle de la aplicación de la carga normal en el centro de gravedad del espécimen y ubicación de deformímetros   ......................................................................................................... 34 Figura 21. Instalación de quipo y carga axial  ............................................................................... 35 Figura 22. Instalación de la fuerza tangencial a través de una gata hidráulica ........................... .... 36 Figura 23. Esquema de ubicación de extensómetros en los especímenes (Vista en Planta) ............ 37 Figura 24. Falla del espécimen ensayado in situ con molde de acero. .......................... ................. 38 Figura 25. Visualización final de falla del espécimen   .................................................................. 39 Figura 26. Visualización de falla por corte del espécimen sin molde acero. ......................... ......... 39 car ga aplicada vs desplazamiento horizontal horizontal  .................................................. 43 Figura 27. Gráfico carga Figura 28. Gráfico esfuerzo cortante ( ) vs esfuerzo normal ( ) ................................................ 43 Figura 29. Gráfico de esfuerzo de corte vs deformación tangencial para un esfuerzo de 0.5 1 y 1.5.   .................................................................................................................................................... 45

Figura 30. Gráfico de esfuerzo de corte vs deformación tangencial ......................... ..................... 45 Figura 31. Gráfico de esfuerzo de corte vs deformación tangencial y la obtención de cohesión y ángulo de fricción presentación final.   ........................................................................................... 46 Figura 32. Gráficos esfuerzo y deformaciones ............................................................................. 48 Figura 33. Gráfico de esfuerzo de corte vs deformación tangencial y la obtención de cohesión y ángulo de fricción presentación final.   ........................................................................................... 49 Figura 34. Esquema representativo del funcionamiento de un pavimento ........................ ............. 50 tr ansmisión de carga a la subrasante .............................. 50 Figura 35. Esquema representativo de la transmisión Figura 36. Distribución de carga a diferentes alturas ......................... ......................... .................. 51 Figura 37. Casos de falla en pavimentos  ...................................................................................... 52 5

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Ejemplo de toma de datos realizados in situ   .................................................................... 44 Tabla 2 Ejemplo de resultados de 3 especímenes ensayados in situ  .............................................. 44

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CAPITULO I INTRODUCIÓN El ensayo de corte directo "in situ" obedece a los mismos principios y metodologías que los de laboratorio y su aplicación hoy se extiende tanto a suelos como a rocas,  básicamente para la determinación de la resistencia al corte, cohesión y ángulo de fricción. El ensayo de corte directo de campo es particularmente útil para simular la condición de esfuerzos que existe sobre una superficie plana, con potencial de deslizamiento en una ladera. También permite el corte con cargas normales, como es el caso de fallas poco  profundas. El principal propósito de este ensayo es determinar dete rminar los valores de las resistencias  pico y residual, tanto en material intacto como en discontinuidades. en discontinuidades. Es un ensayo utilizado para el diseño de diques, presas de tierra etc. La mayoría de los casos reportados se refieren a ensayos en roca, debido a que no es posible determinar la resistencia de estos materiales heterogéneos o estratificados mediante ensayos de laboratorio siguiendo los lineamientos de la ASTM D 4554 - 95. La predicción de las propiedades de ingeniería de la masa rocosa siempre insiste en las pruebas in situ y generalmente considerado el mejor medio para determinar las  propiedades de ingeniería ingeniería del subsuelo material material y, en muchos casos, puede ser la única única forma de obtener resultados significativos. La gran escala y el número de pruebas in situ tienden a promediar el efecto de interacciones complejas. Las pruebas in situ en roca suelen ser costosas. Bien conducido las  pruebas pueden ser útiles para reducir supuestos excesivamente conservadores. Ubicación del sitio de prueba y la dirección de carga es muy importante import ante para el éxito de las pruebas. La investigación del sitio en roca incluye pruebas como determinación de tensión in situ, situ, prueba prue ba in situ de deformabilidad, pruebas de cizallamiento directo in situ, etc. En el presente trabajo tenemos la descripción general del ensayo de corte directo in situ con fines de conocimiento más no de aplicación in situ del método.

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CAPITULO II OBJETIVO 2.1 OBJETIVO GENERAL Conocer los procedimientos y metodologías del ensayo de corte directo in situ. 2.2. OBJETIVO ESPECIFICOS Conocer los equipos y materiales empleados para el ensayo de corte directo in situ. Especificar la relación que existe entre corte directo in situ y los diferentes tipos de  pavimentos

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CAPÍTULO III MARCO TEÓRICO´ 3.1. ENSAYOS IN SITU Los ensayos in situ son literalmente los que se realizan en el mismo lugar donde se encuentra el objeto de análisis. En geotecnia, se aplica el e l término término a los ensayos que se realizan sobre un terreno para determinar sus características además forman parte de las técnicas de reconocimiento geotécnico, constituyendo una alternativa o complemento a los ensayos de laboratorio sobre muestras extraídas. Permiten eliminar o reducir algunas de las limitaciones de los ensayos de laboratorio. -

El proceso de toma de muestras, bien sea por golpe, hinca o rotación, produce una alteración de la estructura del terreno. Esta alteración es más importante en la periferia de la muestra, pero en cierta medida afecta a la totalidad de la misma. Estudios teóricos muestran que las deformaciones verticales que se producen en un suelo arcilloso debido a la hinca de un toman muestras de pared delgada, son del orden del 1% en el eje de la muestra. A esta alteración hay que añadir la que se produce en el transporte, almacenamiento, extracción de la muestra del tubo toman muestras y tallado de la probeta.

-

La extracción de la muestra del terreno implica la anulación de las tensiones totales a las que estaba sometida “in situ”. En cuanto a las presiones intersticiales, el único

control que se tiene sobre ellas es la protección de la muestra contra la desecación o humectación a través de sus paredes. El agua intersticial queda así en estado capilar, siendo esta succión la responsable de mantener la estabilidad de la muestra. Si no existe ninguna alteración, esta succión debe ser igual a la presión efectiva media a la que estaba sometida la muestra in situ. Las muestras extraídas tienen un tamaño pequeño, por lo que son representativas de una porción reducida del terreno. Este inconveniente se solventa con la toma de un gran número de muestras. Sin embargo, en muchas ocasiones el comportamiento del terreno no  puede modelarse modelarse basado en mediciones mediciones a tamaño pequeño. pequeño. Esto ocurre cuando existen existen rasgos 9

macroestructurales como presencia de bolos o cantos, fisuración, estratificación en suelos residuales y rocas, variaciones en profundidad, etc. -

Los ensayos “in situ” permiten, en principio, obviar estas limitaciones. Sin embargo,

esto solo se logra en parte y por otro lado aparecen otras nuevas. -

Aunque se elimina la alteración debida a la toma de la muestra, en su lugar aparecen los efectos de la instalación del elemento de ensayo “in situ”. En ocasiones, estos

efectos son muy pequeños (como en el caso del ensayo de placa de carga). El control de las condiciones (estados de desplazamientos, existencia o no de drenaje) en los ensayos in situ, es mucho más precario que en el laboratorio.

3.2. ESFUERZOS Y DEFORMACIÓN EN EL PAVIMENTO Actualmente, la mayoría de los métodos de diseño de pavimentos no consideran la contribución de cada capa en la resistencia a la fatiga, asentamientos permanentes y el de agrietamiento por temperatura, más aun, cuando cada capa del pavimento tiene una función  propia. Los métodos denominados empíricos  –   mecanísticos pueden considerar la contribución estructural de las diferentes capas de un pavimento flexible, lo que no ocurre  por ejemplo, ejemplo, con el método AASHTO 1993. Recientemente la incorporación de los conceptos de la mecánica estructural denominados “conceptos mecanísticos” es utilizada en

el análisis, diseño y refuerzo de la estructura de pavimentos. A continuación se difunde la consideración de los conceptos mecanísticos en la resilencia de los materiales y la evaluación de la sub –  rasante.   rasante.

3.2.1. MÓDULO ELÁSTICO El parámetro que se utiliza en la estimación de deformaciones bajo cargas estáticas en el módulo de elasticidad. El módulo elástico relaciona los esfuerzos aplicados y las deformaciones resultantes. El nivel de los esfuerzos aplicados al suelo a través de la estructura del pavimento es mínimo comparado con la deformación de la falla, por ello se asume que existe una relación lineal entre los esfuerzos y las deformaciones. 10

La teoría de la elasticidad permite utilizar ensayos de laboratorio y campo para la determinación del módulo elástico. El ensayo de compresión confinada utilizando el consolidómetro simula el comportamiento deformaciones que tendrá el suelo debajo de una cimentación superficial. El esfuerzo de confinamiento lateral es variable durante la prueba, dada por la pared metálica del equipo que no permite la deformación horizontal de la muestra. El ensayo permite obtener el módulo elástico en condición natural y humedecida. En suelos arenosos el humedecimiento  bajo carga ocurre de manera inmediata y es posible medir el asentamiento adicional por este efecto. El ensayo triaxial estudia el comportamiento deformacional del suelo bajo confinamiento y permite obtener módulos elásticos para cualquier nivel de presión de confinamiento y deformación. Los parámetros se utilizan cuando las presiones verticales transmitidas alcanzan profundidades importantes. El equipo no permite medir el efecto del humedecimiento. El ensayo CBR y el ensayo de placa de carga permite obtener los parámetros elásticos en la evaluación de la sub –  rasante.  rasante. Sin embargo, en nuestro medio no se utiliza la práctica ingenieril recomendada por Valle Rods, 1967 de ensayar muestras muestr as inalteradas. La ventaja del ensayo CBR es la evaluación de la influencia de la densidad natural y el humedecimiento.

Figura 1. Esquema representativo de Ensayo de corte in situ

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En la siguiente figura se estudia el efecto de las cargas en el pavimento. Cada ciclo de carga produce en el suelo una componente de deformación plástica, no recuperable y una componente de deformación elástica recuperable. Con los ciclos siguientes de cargas los incrementos de deformación plástica producidos tienden a desaparecer, en cambio las deformaciones elásticas tienden a ser constantes. El Módulo Resiliente MR, relaciona el esfuerzo aplicado ap licado y la deformación elástica en la condición estable o residual cuando el suelo presente un comportamiento elástico. El módulo resiliente no presenta el comportamiento total, desde el inicio del ciclo de cargas hasta el final. Sin embargo, e módulo resiliente relaciona las cargas móviles o rápidas y las deformaciones instantáneas resultantes. El valor del MR puede ser 10 veces el valor del Módulo Elástico. Los suelos granulares que conforman las capas de pavimento, presentan pr esentan una adecuada gradación y compactación. El comportamiento de estas capas granulares, bajo los ciclos de carga, presentará deformaciones plásticas significativas. Se asume que durante el adecuado  proceso constructivo, las deformaciones plásticas se anularán. En este caso es apropiado modelar el comportamiento de las capas con el Módulo Resiliente, Mr. Al respecto la Guía AASHTO 93 presenta valores establecidos en el laboratorio, basados en el valor de CBR.

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Figura 2. Esquema representativo de Ensayo de corte in situ En caso crítico lo constituye cuando la sub  –  rasante   rasante contiene fracciones importante de finos limo  –  arcillosos.   arcillosos. Es sabido que los suelos Limo  –  arcillosos   arcillosos sometidos a cargas estáticas permanentes presentan deformaciones diferidas (con el tiempo9 asociados a fenómenos de consolidación. Bajo cargas no permanentes, de corta duración y repetidas, como son la carga de tránsito, el tiempo que demorará en consolidarse será mayor, lo que traduce en el mayor número de ciclos. Es decir, el adecuado proceso constructivo no será suficiente para anular las deformaciones plásticas. El estado final resiliente solo se consigue con un número grande de ciclos de carga y la deformación defor mación plástica acumulable significativa. El módulo resiliente, MR al representar solamente el comportamiento deformacional final, no será representativo del comportamiento del suelo. Las sub –  rasante  rasante con componentes importantes limo –  arcillosas  arcillosas sujetas a deformaciones plásticas acumulables significativas (bajo valor de CBR), estarán sujetas a dos alternativas: estabilizar primero el subsuelo para luego diseñar el pavimento o alejar el subsuelo de la influencia de las cargas (considerando un espesor mayor de relleno granular) esto es, del bulbo de presiones generadas por la varga de tránsito

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3.2.2 SUBRASANTE La rehabilitación de carreteras y pavimentos urbanos exige disponer anualmente de montos importantes del presupuesto de la nación. En los EE.UU también ocurrió esta misma situación hace más de 10 años. La conclusión fue que los métodos de diseño de estructuras de pavimentos eran básicamente empíricos y los conceptos de la mecánica estructural estructur al que se habían incorporado en las últimas décadas a la ingeniería civil, aún no se habían incorporado en la ingeniería de pavimentos. Actualmente la tendencia en los EE.UU y los países europeos euro peos es considerar periodos de diseño de 40  –   50 años mediante estructura denominadas “pavimentos perpetuos” que no requieren requ ieren mantenimiento durante los primeros 20 años.

En la estructural de pavimento, las capas (elementos estructurales) que componen el  pavimento no presentan asentamientos significativos, siendo la sub su b –  rasante   rasante o cimentación de pavimentos propenso a deformarse. Entonces, la primera conclusión es que las fallas estructurales que aún se presentan prese ntan en nuestro medio, se deben a una limitada, incorrecta y no actualizada metodológica de evaluación de la sub  –  rasante.   rasante. La ingeniería geotécnica nos describe un país donde se presentan suelos con respuesta mecánica variadas, utilizando términos como: suelos colapsables, expansivos, densificables, licuables, compresibles, suelos inestables no consolidados o de formación reciente (módulos elásticos menores a 100 kg/cm2), cuyo común denominador es presentar deformaciones significativas que afectarán estructuras de concreto y más aun a estructuras que admiten mucho menor valor de asentamiento admisible (menor a 1mm), como son las estructuras de pavimento. Definitivamente, un asentamiento mayor ocasiona la fatiga prematura pr ematura de la carpeta asfáltica, elemento que es muy rígida (módulo elástico superior a 30,000 kg/cm2). En nuestro país, muchas generaciones de ingeniero utilizan el ensayo de CBR, ASTM D 1883 para determinar la capacidad de soporte de la sub  –   rasante, sin embargo, no se considera la humedad ni la densidad “in situ”. Se asume generalmente que la capacidad de

soporte de la sub  –  rasante   rasante es el resultado del ensayo asociado a la Máxima Densidad Seca del ensayo Proctor Modificado. Si bien es cierto que el ensayo CRB de campo es costoso y no sería recomendable realizarlo, existe otra alternativa, existe otra alternativa propuesta  basado en utilizar el e l mismo mismo molde CBR, llevarlo al a l campo y con co n ello extraer una muestra 14

inalterada. En suelos finos, areno  –   limoso, los suelos más susceptibles a presentar alta deformabilidad se presta para esta est a práctica. En laboratorio, se realiza la prueba de penetración sobre la muestra en condiciones naturales obtenida con el molde CBR, obteniéndose un valor representativo del comportamiento de la sub –  rasante.   rasante. En depósitos de suelos granulares con presencia de boleos y bloques no consolidados de formación reciente, generalmente como resultado de fenómenos geodinámicos  presentarán deformaciones permanentes acumulables debido a la densificación producida por el impacto de las cargas dinámicas de tránsito. En este aspecto, es preciso indicar que la deformación de estos suelos suelen ser de magnitudes similares a los suelos limo –  arcillosos  arcillosos compresibles. Ensayos para medir las deformaciones producidas en los suelos granulares sueltos utilizando la mesa vibradora arrojaron resultados ilustrativos.

3.3. ESTRUCTURA DE PAVIMENTO ASFALTICO La estructura que se apoya sobre el terreno de fundación o subrasante, y que está conformado por capas de materiales de diferentes calidades y espesores, que obedecen a un diseño estructural, se denomina pavimento. La estructura del pavimento está destinada a soportar las cargas provenientes de tráfico. Tradicionalmente, los métodos de diseño de pavimentos, han sido empíricos; es decir, dec ir, que la experiencia representaba un papel importante. Se requería que el ingeniero tuviese muchos años en el área para, de alguna manera, poder interpretar los resultados de las investigaciones de campo y realizar el diseño. Los pavimentos asfálticos están conformados por una carpeta asfáltica apoyada generalmente sobre dos capas no rígidas, la base y sub base. No obstante puede prescindirse de cualquiera de estas capas dependiendo de las necesidades particulares del proyecto. La distribución típica de las capas que conforman confor man la estructura se muestra en la siguiente figura.

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Figura 3. Esquema típico de pavimentos asfalticos La carpeta asfáltica o capa de rodamiento proporciona una superficie uniforme y estable al tránsito, de textura y color adecuado, que debe resistir los efectos abrasivos  provenientes del tránsito y del medio ambiente. La nueva guía de diseño empírico  –  mecanístico AASHTO 2002 recomienda que el módulo elástico de la carpeta se evalúe con el Módulo Complejo Dinámico. Sin embargo, podemos mencionar que la carpeta es una capa muy rígida con valores altos de módulo. El método de diseño AASHTO 1993 consider a como  parámetro de diseño de la carpeta asfáltica el módulo resiliente, para par a mezclas asfálticas en caliente estos valores varían de 400,000 a 450,000 psi (28,000 a 32,000 kg/cm2) a 20°C. La capa de base, generalmente granular, es una capa que se apoya sobre la sub base. La función de esta capa es transmitir los esfuerzos provenientes del tráfico, a la sub base y subrasante. Los requisitos de cali ca lidad dad de agregados agr egados de base son muy rigurosos. Esta capa está conformada por grava, compactada al 100% de la máxima densidad seca del ensayo proctor modificado. El módulo elástico de la base se evalúa con el módulo resiliente. Una base granular con CBR del 100% tiene aproximadamente un valor MR de 30,000 psi (2,100 kg/cm2). La sub base es una capa que según el diseño puede o no colocarse. Se apoya sobre la sub rasante y los requisitos de calidad de los materiales que los conforman son menos rigurosos, la razón de esto es que los esfuerzos verticales que se transmiten a través de las 16

capas de pavimentos son mayores en la superficie y van disminuyendo a medida que se  profundiza. La sub base es la capa de material seleccionado, más profunda pro funda de la estructura estr uctura del pavimento, razón por la que los materiales que la conforman, más profunda de la estructura del pavimento, razón por la que los materiales que la conforman cumplen requisitos menos rigurosos. El módulo elástico de la sub base se evalúa con el módulo resiliente. Una sub base granular con CBR del 40% (CBR mínimo para sub bases granulares, según las Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras EG –  2000,  2000, Ministerio de TARANSPORTES, Comunicaciones, Vivienda y Construcción, Oficina de Control de Calidad) tiene un MR de 17,000 psi (1,200 kg/cm2).

3.3.1 COMPORTAMIENTO ELÁSTICO El parámetro que evalúa las deformaciones ante cargas elásticas, es el módulo elástico E. El módulo elástico relaciona los esfuerzos aplicados y las deformaciones resultantes. Un ejemplo, es la zapata, el nivel de esfuerzos esfuerzo s aplicados al suelo a través tr avés de la zapata es mínimo mínimo lo que originará que el suelo se deforme, pero esta deformación no lo llevará a su condición de falla. La teoría elástica permite determinar el modulo elástico del suelo mediante ensayos en campo y laboratorio, como en ensayos de compresión edométrica, edométr ica, triaxial, CBR, placa de carga entre otros. En un ensayo triaxial, a una muestra de suelo se le aplica un confinamiento  promedio inicial (σc) para luego aplicarle el esfuerzo esfuerzo axial q.

La presión transmitida al suelo es permanente y baja, lo que llevará a que la deformación sea elástica. Gráficamente una relación lineal entre la presión transmitida y la deformación, la pendiente de la recta mostrada es el módulo elástico. Para el caso de cimentaciones el asentamiento permisible es de 2.5 cm.

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Figura 4. Presión permanente transmitida al suelo Es posible extender la teoría elástica a los ensayos de CBR, utilizando los resultados de la prueba de carga asociados a asentamientos característico de 0.1 pulgadas. Para ello, se deberá utilizar la solución que ofrece la teoría elástica para el cálculo de asentamiento que ocurre cuando se tiene una superficie circular rígida cagada sobre un medio semi –  infinito.  infinito. =

 2

(1 −   )/

Donde 

= Asentamiento

v

= Relación de Poisson

 p

= Presión aplicada

r

= Radio del área cargada

E

= Módulo elástico

Considerando un asentamiento característico de 0.21 pulgadas; un valor de v=0.4; radio equivalente a un área circular cargada de 3 pulg2 y la presión aplicada en función del valor CBR, se obtiene las siguientes relaciones: E = 139.7 CBR

; E en libra/pulg2

E = 9.83 CBR ;

E en kg/cm2 18

3.3.2. COMPORTAMIENTO ELASTO –  PLÁSTICO  PLÁSTICO En pavimentos la carga trasmitida es móvil, es decir, el suelo experimenta ciclos de carga y descarga. Para un mejor entendimiento se analizará el caso de un ciclo (1 carga y 1 descarga). Cuando el vehículo vehículo se aproxima al punto de análisis A, el terreno de fundación se empieza a deformar, esta deformación se hace máxima cuando el vehículo se encuentra exactamente sobre el punto A, en ese momento conocemos la deformación total. Sin embargo, cuando el vehículo se aleja el suelo trata de recuperar r ecuperar su posición inicial pero no lo consigue. La deformación no recuperable se denomina deno mina deformación plástica y la deformación recuperable es la deformación elástica. El suelo ha experimentado plastificación.

Figura 5. Comportamiento elástico plástico de un pavimento

Figura 6. Comportamiento elástico, un ciclo cargada y descarga 19

El terreno de fundación soporta muchos ciclos de carga –  descarga,  descarga, las deformaciones  plásticas se van acumulando y las deformaciones elásticas se van haciendo constantes. Cuando el suelo no acumula más deformaciones elásticas se van va n haciendo constante. Cuando el suelo no acumula más deformaciones plásticas ya se consolidó para ese nivel de cargas. La pendiente de recta final de esta etapa se denomina módulo resiliente MR. El módulo resiliente representa el comportamiento elástico final del suelo.

3.4. ENSAYO DE CORTE DIRECTO INSITU 3.4.1 DESCRIPCCIÓN Y DEFINICIÓN DEL MÉTODO El ensayo de corte directo "in situ" obedece a los mismos principios y metodologías que los de laboratorio y su aplicación hoy se extiende tanto a suelos como a rocas,  básicamente para la determinación de la resistencia al corte, cohesión y ángulo de fricción. La interpretación del ensayo es directa, se miden desplazamientos en dirección horizontal y vertical, obtienen resultados sobre la deformabilidad del espécimen ensayado así como su resistencia su resistencia al corte. La corte. La razón de ensayar bloques de gran tamaño suele ser el análisis de la influencia de rugosidades de gran escala en la resistencia. En el caso de suelos o rocas blandas, puede ocurrir que la carga vertical esté relativamente próxima al valor límite de hundimiento. En estas circunstancias, la rotura no se produce por deslizamiento a lo largo del plano de la base, sino por po r fallo en la zona inferior, como una zapata con carga inclinada, y como tal debe interpretarse.

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Figura 7. Esquema representativo de Ensayo de corte in situ Fuente: Jimenes Salas J. y de Justo Alpañes J. Vol 2 1981 Teniendo la muestra y el equipo listos, se procede a la aplicación de las cargas vertical y horizontal mediante los gatos hidráulicos. Se aplica la carga vertical en incrementos hasta alcanzar el esfuerzo vertical requerido, anotándose la deformación vertical alcanzada. Luego se aplica la carga horizontal en incrementos, registrando las deformaciones producidas, hasta notar un decremento de la carga horizontal, que indica falla. El equipo para realizar el ensayo de corte directo en campo consiste de pesos, apoyos y gatos hidráulicos. Durante el ensayo el alineamiento de la carga vertical debe mantenerse a medida que avanza el desplazamiento de corte. La prueba de corte directo se lleva a cabo aislando de la masa rocosa un espécimen  prismático de roca, limitado limitado en su cara car a inferior por la discontinuidad. d iscontinuidad. Sobre la cara superior de la muestra se ejerce una fuerza constante normal al plano potencial de falla, mientras simultáneamente se aplica, en incrementos, un esfuerzo tangencial que induce la falla del  bloque. Esta prueba, muy sencilla en su concepto, presenta problemas en su realización: como orientación de las fuerzas aplicadas, velocidad de carga, condiciones de saturación de la muestra, etc. En el esquema de montaje (figura 02), 0 2), la dirección de aplicación de la fuerza lateral no es horizontal. 21

Este dispositivo elimina la formación de grietas de tensión en la cercanía de la zona de aplicación de la carga lateral pero, al utilizar este dispositivo, es necesario corregir la  N directamente aplicada a la muestra a fin de compensar en todo magnitud de la carga normal nor mal N momento el componente normal de la carga lateral variable T. En la siguiente figura se muestra el esquema del montaje.

Figura 8. Montaje de la prueba in situ de cote directo Fuente: Presas de tierra y enrocamiento Raúl Marsal

 N En todo caso, el valor mínimo de la fuerza normal total aplicada a la muestra es es N min= min= T tan a, designando por a, el ángulo de inclinación de la carga lateral con respecto a la horizontal. Implica que no puede determinarse con este dispositivo la envolvente de falla en el intervalo de esfuerzos normales nulos. Para obviar esta limitación, en muchos casos se ha recomendado que la dirección de aplicación de la carga lateral sea horizontal. Es también recomendable elegir una velocidad de carga lateral de modo que las  presiones de poro generadas durante el proceso de falla falla sean reducidas. Finalmente, el sentido y dirección del desplazamiento inducido durante la prueba puede ser importante; por ejemplo, en los planos de contacto entre formaciones sedimentarias es común la presencia de micropliegues (ripple (ripple marks). marks). En dicho caso, según sea la dirección del desplazamiento inducido 1, 2 o 3, se obtienen los valores S1, S2 y S3 de la resistencia al corte 22

3.4.2. FINALIDAD Y ALCANCE 3.4.2.1. FINALIDAD La finalidad del ensayo de corte directo in situ es determinar los parámetros de resistencia al corte, la cohesión y el ángulo de fricción de los especímenes a ensayados ensayado s in situ de manera que las muestras no sean perturbadas por transporte al laboratorio lo cual genera resultados de ensayos que no reflejan las consideraciones del campo.

3.4.2.2. ALCANCE Los resultados del ensayo son aplicables para estimar la resistencia al corte en una situación de campo donde ha tenido lugar una completa consolidación bajo los esfuerzos normales actuales. Además el método de corte directo in situ en Perú ha sido utilizado en los siguientes casos: a. Este método de prueba cubre la medición y Resistencia a la corte in situ de la resistencia al corte directo de la roca estable e inestable con presencia de discontinuidades determinando así el ángulo de fricción, cohesión.  b. Este método de prueba cubre la medición y Resistencia a la corte in situ de la resistencia al corte directo de suelos granulares. c. Este método de prueba cubre la medición y Resistencia a la corte in situ de la resistencia al corte directo de suelos gravosos.

3.4.3. ANTECENDES 3.4.3.1 ENSAYO “IN SITU” DE CORTE DIRECTO PRESA DE MONTEARAGON (HUESCA) La Presa de Montearagón, sita sobre el río Flumen en el término municipal de Loporzano (Huesca), es una presa de arco-gravedad, arco-gr avedad, de hormigón vibrado, de 78 m. m. de altura y con una capacidad de embalse de 51,5 hm³. Como colofón al estudio de la resistencia del macizo rocoso sobre el que apoya la presa, se realizó, por parte de KELLER CIMENTACIONES, S.L. un ensayo “in situ” de co rte directo. 23

El ensayo se ejecutó en la junta natural entre areniscas (roca superior) y margas (ro ca inferior), donde se presume la zona de menor resistencia del macizo. Previamente al ensayo se excavó un recinto en la arenisca en el que construyeron 3 “dados” de 2,5 x 2,5 m. en planta

y 1,5 m. de altura. Los dados se alinearon en línea recta de manera que se pudiesen empujar horizontalmente a lo largo de un eje común. Los dados consisten en una probeta tallada en roca y recubierta de hormigón armado anclado al terreno por 4 anclajes. Cada dado se tesa a una carga diferente representando un estado tensional del conjunto presa-terreno. El ensayo se realiza en 3 etapas. Se empuja horizontalmente cada dado utilizando los otros como reacción hasta romper el primero, es decir, hasta alcanzar el desplazamiento fijado como límite del ensayo. Los empujes horizontales se logran con un gato emplazado entre los dados y empujando y reaccionando contra el hormigón de cada dado reforzado por placas de acero de reparto. En cada etapa se miden los desplazamientos en los 3 ejes de las 4 caras de todos los dados. Para ello se instalan 12 potenciómetros, con un rango de 10 cm, en cada dado sobre “brazos” de acero anclados a las paredes de arenisca de la excavación. Una red de cables

comunica los potenciómetros con el centro automático de adquisición de datos, unidad desde la cual se leen y registran las lecturas de los potenciómetros. La información se vuelca automáticamente a una hoja de Excel pudiéndose ver en tiempo real los resultados de forma numérica y gráfica. gráf ica. Finalizados los trabajos de campo se redactó un informe recogiendo en detalle la metodología empleada así como cualquier incidencia acaecida durante la prueba.

3.4.3.2. ENSAYO “IN SITU” DE CORTE DIRECTO COSTA VERDE LIMA Por otro lado, en el año 2009 Jorge Alva Ingenieros E.I.R.L. realizó 2 ensayos de corte directo in situ en la zona de estudio, uno al pie del talud, y el otro punto ubicado sobre el talud a 40 m.s.n.m. Los resultados e imágenes de estos ensayos son presentados en el Anexo A-2.

3.4.3.3. ESTIMACION DE LOS VALORES DE LA COHESION Y FRICCION DEL MACIZO ROCOSO DE BAJA RESISTENCIA A PARTIR DE ENSAYOS DE CORTE DIRECTO IN-SITU”

24

La investigación in-situ realizada nos permitirá llenar un vacío, en el diseño de construcciones en macizos rocosos de baja resistencia, a la fecha no se tienen datos de los  parámetros referidos, r eferidos, es importante recalcar que este es el inicio de investigaciones de este tipo que condiciona a que otros profesionales incrementen y/o modifiquen lo realizado. Resistencia a la compresión de las rocas de la muestra bloque esta de 1 a 5 Mpa, con una descripción equivalente a muy blanda. Los Ensayos de corte directo in-situ corresponden a 3 especímenes de bloque de roca,  para cada espécimen espécimen el ensayo se realiza en dos partes, en la primera parte se aplica una carga normal sobre el bloque tallado, controlándose los desplazamientos producidos, esta carga  permanece constante a lo largo del ensayo, en la segunda parte se aplica la carga tangencial hasta alcanzar la rotura del bloque, midiendo la magnitud de la carga y los desplazamientos tangenciales y normales. Corte Directo CD-1 (especímenes E1, E2 y E3) se encuentran de moderadamente resistentes, muy fracturadas y con presencia de óxidos. Fricción φ = 35.28° Cohesión C = 0.5118 Kg/cm2 Corte Directo CD-2 (especímenes E4 E5 y E6) se encuentran de moderadamente resistentes, muy fracturadas, muy alteradas y con presencia de sales y óxidos. Fricción φ = 34.92° Cohesión C = 0.465 Kg/cm2 Corte Directo CD-3 (especímenes E7, E8 y E9) se encuentran de poco a moderadamente resistente, muy fracturadas a extremadamente fracturadas y con presencia de sales y óxidos. Fricción φ = 36.63° Cohesión C = 0.499 Kg/cm2

3.4.4. RESUMEN Y USO DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO IN SITU 3.4.4.1. RESUMEN DEL MÉTODO DE PRUEBA a. Este método de prueba se realiza en especímenes forma rectangular o cuadrada, de  preferencia los bloques bloques cuadrados ya sea en suelos granulares como en roca que están aislados en todas las superficies, a excepción de la superficie del plano de corte.  b. Los bloques no deben ser perturbados durante la preparación de especímenes y la instalación de los equipos. c. Una carga normal se aplica perpendicular al a l plano de corte y luego se aplica una carga lateral para inducir la falla. 25

3.4.4.2. SIGNIFICADO Y USO

a. Debido a los efectos de escala, no hay un método simple de predicción de la resistencia al corte in situ de una discontinuidad de roca de los resultados de pruebas de laboratorio en muestras pequeñas; en el lugar las pruebas en muestras grandes son los medios más confiables.  b. Los resultados pueden ser empleados en el análisis de estabilidad de taludes  problemas de ingeniería, por ejemplo, en estudios de pendientes, aberturas subterráneas y cimientos de presas. Al aplicar el resultados de la prueba, las condiciones de presión del agua intersticial y la posible. c. La falla progresiva debe evaluarse para el diseño caso, ya que pueden diferir de las condiciones de prueba. 3.4.5. EQUIPOS Y MATERIALES 3.4.5.1. EQUIPOS Caja Metálica de Confinamiento • Dos planchas metálicas de 0.80 m x 0.50 m x 1” de espesor. • Dos planchas metálicas de 0.70 m x 0.50 m x 5/16” de espesor. • Pernos soldados de 4” x 3/8” de diámetro.

Transmisión de Carga Axial Es un sistema que puede ser ideado según los equipos y materiales disponibles y que sea capaz de conformar una sobrecarga suficiente su ficiente que transmita transmita las presiones pres iones normales requeridas para cada uno de los especímenes de ensayo. • Cajón Metálico de Reacción Reacc ión

Medidas: 2.05 m x 2.05 x 1.50 m de altura Capacidad máxima: 20 Ton Peso del cajón Metálico: 1100 Kg • Gata Hidráulica para Carga Axial Capacidad: 20 Ton. • Plancha de Transmisión de la Carga Axial

26

Medidas: 0.70 m x 0.70 m x 1” de espesor. •Rodillos Intermedios Intermedios de Presión de Alma Llena Se emplea los rodillos de alma llena Medidas: 0.60 m x 11/2” de espesor y en número

de 4 piezas; perfectamente pulidos colocados entre dos planchas metálicas en la parte superior del espécimen previamente confinado para recibir la carga normal; su objeto es el de evitar que durante la aplicación de la fuerza tangencial se desestabilice el sistema de carga. Los rodillos giraran sobre si mismos durante la aplicación de la fuerza tangencial y el sistema de carga axial se mantendrá estable. •Plancha de Presión Medidas: 0.50 m x 0.50 m x 1” de espesor.

Las planchas metálicas puede variar en sus dimensiones dependiento del espécimen tallado, el cual depende del tamaño máximo del agregado tiene que ser mayor al 10 veces el tamaño máximo.

Transmisión de Fuerza Tangencial • Gata Hidráulica para Fuerza Tangencial con una capacidad: 20 Ton. • Reacción Horizontal • Murete de Concreto Armado • Plancha de apoyo del sistema de medidas: 0.25 x 0.25 x 1” de espesor • Equipos de Extensión

desarro llados Extensómetros para medir desplazamientos verticales y horizontales desarrollados durante el ensayo (aproximación de 0.01 mm). A continuación en la figura 09 se presenta una representación gráfica de los equipos utilizados para el ensayo de corte directo.

27

Figura 9. Esquema representativo del ensayo de corte directo Fuente: Jimenes Salas J. y de Justo Alpañes J. Vol 2 1981 En la figura 010 se presenta como referencia el ensayo de corte directo in situ.

Figura 10. Ensayo de corte directo in situ Fuente: (Shuan Lucas, 2011)

28

3.4.5.2. MATERIALES Se prepara el espécimen prismático perfilando las caras verticales así mismo la cara horizontal con fines de eliminar protuberancias y tener uniformidad en las aristas del espécimen prismático se utiliza mortero que está constituido por: 

Cemento



Agua



Arena



yeso

3.4.6. MUESTRA La prueba de corte directo se lleva a cabo aislando de la masa de un espécimen  prismático de roca, suelo granular o suelo gravoso, limitado limitado en su cara inferior como se muestra en la figura 11 donde se realiza el tallado del espécimen para realización de ensayo de corte directo in situ.

Figura 11. Tallado de especímenes para realización de ensayos de corte directo in situ Fuente: (Shuan Lucas, 2011)

3.4.7. PROCEDIMIENTO A continuación se da conocer los pasos paso s previos, durante y al finalizar el ensayo de corte directo In situ que se tienen que tener en cuenta para la realización del ensayo como son:

29

a. Se realiza el reconocimiento de campo para la ubicación de los puntos y la exploración con calicatas.  b. Se realiza la excavación del terreno con un área suficiente para el armado del equipo y un adecuado tallado de las muestras a ensayar.

Figura 12. Excavación de la alicata a la profundidad requerida con maquinaria o medios manuales

c. Se realiza el tallado inicial de las muestras a ensayar, tal como se indica en la figura 13, el tallado inicial se realiza empleando pala pico y barreno consiguiendo las dimensiones del ensayo con espátulas, barrerillas y cuchillas.

Figura 13. Excavación de la calicata a la profundidad requerida y el tallado del espécimen a ensayar Fuente: (Shuan Lucas, 2011)

30

d. Se prepara el espécimen prismático perfilando las caras verticales de la muestra, se monta un encofrado alrededor del espécimen luego se hecha mortero en los lados y la parte superior para nivelar la superficie.

Figura 14. Encofrado de espécimen para realizar la adicción de mortero de yeso y cemento Fuente: (Shuan Lucas, 2011)

espécimen a ensayar con el uso de mortero Figura 15. Nivelación de la cara superior del espécimen Fuente: (Shuan Lucas, 2011)

e. Aislamiento de las caras de la muestra utilizando un mortero de yeso-cemento para cubrir las irregularidades del tallado.

31

Figura 16. Verificación de superficies uniformes del espécimen a ensayar para luego colocar la s cajas metálicas alrededor de sus caras verticales. Fuente: (Shuan Lucas, 2011)

f. Luego de que él espécimen prismático no presente irregularidades en las caras verticales de la muestra se monta luego la caja metálica de confinamiento alrededor del espécimen y ajustando con pernos.

Figura 17. Colocación de planchas metálicas alrededor del espécimen fijado con pernos Fuente: (Shuan Lucas, 2011)

g. Se verifica la nivelación de la cara superior super ior de la muestra de tal manera que al colocar la plancha de transmisión de esfuerzo normal queda perfectamente nivelada.

32

h. Colocación de cuatro rodillos de acero de 11/2” de diámetro y 0.60 m de longitud, sobre la plancha de transmisión de esfuerzo normal, que al girar sobre si mismos en el momento de la aplicación de la fuerza tangencial, no permite que se desequilibre el sistema de transmisión de la fuerza normal y luego Colocación de otra plancha metálica sobre los rodill rod illos, os, con el objeto de recibir la carga normal no rmal mediante una gata hidráulica.

Figura 18. Esquema de rodillos entre 2 planchas para transmisión de carga axial Fuente: (Shuan Lucas, 2011)

Figura 19. Colocación de 4 rodillos sobre la plancha horizontal Fuente: (Shuan Lucas, 2011) 33

i. Colocación de otra plancha metálica sobre los rodillos, con el objeto de recibir la carga normal mediante una gata hidráulica.

Figura 20. Detalle de la aplicación de la carga normal en el centro de gravedad del espécimen y ubicación de deformímetros Fuente: (Shuan Lucas, 2011)

 j. Colocación de los instrumentos de transmisión de carga axial es un sistema que puede ser ideado según los equipos y materiales disponibles y que sea capaz de conformar una sobrecarga suficiente que transmita las presiones normales requeridas para cada uno de los especímenes del ensayo constituido por los siguientes elementos: -

Cajón Metálico de Reacción Medidas: 2.05 m x 2.05 x 1.50 m de altura.

-

Capacidad Capacidad máxima: 20 Ton Peso del cajón Metálico: 1100 Kg

-

Gata Hidráulica para Carga Axial Capacidad: 20 Ton.

-

Plancha de Transmisión de la Carga Axial Medidas: 0.70 m x 0.70 m x 1” de

espesor.

34

Figura 21. Instalación de quipo y carga axial Fuente: (Shuan Lucas, 2011)

k. Instalación del sistema de transmisión de la fuerza tangencial, constituido por los siguientes elementos: Gata hidráulica para fuerza tangencial, capacidad de 20 Tn. Sistema de reacción horizontal, consistente en un murete de concreto. - Plancha de apoyo del sistema. - Equipos de extensión suplex y planchas. - Instalación del equipo de medición, conformado por cuatro extensómetros de los cuales se empleó dos para las lecturas del asentamiento y dos para el registro de los desplazamientos.

35

Figura 22. Instalación de la fuerza tangencial a través de una gata hidráulica Fuente: (Shuan Lucas, 2011)

l. Estando ya la muestra-bloque confinada y todo el equipo debidamente montado se verifica la colocación de extensómetros y colocar la carga vertical.

Colocación de extensómetros: Se debe de disponer de 04 diales indicadores para medir el asentamiento vertical y el desplazamiento desplaza miento horizontal del espécimen, con una  precisión de por los menos el 0.01 mm.

Carga de reacción: Para la vertical, colocar el sobrepeso dentro del cajón metálico, ubicada encima del bloque  – muestra muestra a ser ensayado para ser trasmitida mediante la gata hidráulica, la carga total requerida deberá estar disponible en el sitio antes de iniciar el ensayo Viga de referencia: La carga axial se aplica a una viga de sección T y esta a su vez la trasmite a cinco vigas transversales que distribuyen la carga del cajón metálico

36

Figura 23. Esquema de ubicación de extensómetros en los especímenes (Vista en Planta) Fuente: (Shuan Lucas, 2011)

m. Aplicación del esfuerzo normal Aplique la carga vertical al espécimen, manteniendo la carga constante hasta que el asentamiento cese o hasta que la razón de asentamiento, tan pronto que sea posible antes y después de la aplicación de la carga. Se efectuó mediante el uso de la gata hidráulica colocada sobre la plancha de presión pr esión y en contacto con la viga central que sostiene el cajón metálico con la carga de reacción normal. La carga axial se aplica por incremento, esperándose luego un tiempo para que ocurra el asentamiento total. n. Aplicación del esfuerzo tangencial t angencial Se inicia su aplicación cuando disminuye los asentamientos producidos por la carga normal, las lecturas de los extensómetros continúan durante la aplicación de la fuerza tangencial. Esta fuerza tangencial es la producida mediante la gata que actúa sobre el área de la  plancha y que se coloca en posición horizontal, apoyado en gran disco metálico metálico y esta sobre un muro de reacción de concreto prepara de antemano. 37

Cuando el proceso de asentamiento del espécimen ha cesado bajo la acción de la  presión axial impuesta, se aplica el e l esfuerzo tangencial de corte en forma continua mediante una gata. Hidráulica instalada en una posición horizontal y apoyada en el murete de concreto, registrándose el desplazamiento horizontal del espécimen hasta  producirse la ruptura. o. Termino del ensayo: Continuar cada ensayo hasta que la carga pico sea alcanzada o hasta que la reacción o hasta que el incremento y asentamiento resulte un mínimo. Si existe suficiente carga disponible, continuar el ensayo hasta que el asentamiento global alcance por lo menos el 10% del diámetro de la placa, a menos que una falla  bien definida sea observada. Después de terminar las observaciones para el último incremento de carga, libere la carga aplicada en aproximadamente tres decremento iguales. Continuar registrando la recuperación de la roca hasta que la deformación cese, por un periodo no menor que el tiempo seleccionado para la carga.

Figura 24. Falla del espécimen ensayado in situ con molde de acero.

38

Figura 25. Visualización final de falla del espécimen

Figura 26. Visualización de falla por corte del espécimen sin molde acero.

39

3.4.8. CALCULOS Y RESULTADOS 3.4.8.1 FORMULAS UTILIZADAS El presente trabajo no tiene por finalidad realizar el ensayo in situ, si no abordar en gabinete como es que procedimientos hay que tener en cuenta desde su exploración hasta los cálculos realizados y pero eso se extiende esta sección a continuación se mostrara como se establecen los resultados y graficas a partir de los datos obtenidos en campo, utilizando las siguientes formulas.

a. Esfuerzo de corte nominal =



ó 01

 

 : Esfuerzo de corte nominal (kg/cm2)

F: Fuerza Cortante (kg) A: Área inicial del espécimen (cm2)

b. Esfuerzo Normal =

  

ó 02

 : Esfuerzo de corte nominal (kg/cm2)

 N: Fuerza Cortante (kg) A: Área inicial del espécimen (cm2)

c. Velocidad de deformación  =

ℎ 

 : Velocidad de desplazamiento (mm/min)

dh: dh: Desplazamiento lateral relativo (mm/min) (kg) Te: Te: Tiempo transcurrido en el ensayo (min) 40

ó 03

d. Esfuerzo de corte =

×  

ó 04

 : Esfuerzo de corte (mm/min)

 K : Constante del anillo de carga  Ld : Lectura de la columna dial de carga  A:  A: Área del espécimen

e. Deformación tangencial    =      × 0.00 0.001 1

 ó ó  05

 : Deformación tangencial (cm).

 Lec Def: Lectura Def: Lectura de dial de deformación tangencial.

f. Corrección del área para el cálculo

 ′ =  −  ∙ 

 ′ [ ]: Área corregida.    [ ]: Área inicial, que para este caso es de 900 [  ].  []: Ancho de la caja, que para este caso es de 30 [].   []: Desplazamiento horizontal.

41

ó 06

3.4.8.1 CONSIDERACIONES EN EL CÁLCULO REALIZADO Luego de ver las fórmulas que se utilizan para realizar los cálculos respectivos, veremos un esquema de la presentación de resultados del ensayo de corte directo in situ.

ENSAYO DE CORTE DIRECTO IN SITU

Se coloca los datos respectivos como el nombre del proyecto, la ubicación donde se realizó el ensayo la descripción del tipo de suelo y fecha del ensayo.

En la recolección de datos en campo de lecturas tomadas por el deformimetro vertical, deformimetro horizontal, lecturas de fuerza de corte y fuerza normal, se tiene que tener en consideración que se tiene que corregir el área para al cálculo de esfuerzo cortante. 42

A continuación se presenta un bosquejo de los gráficos a presentar luego de realizar los cálculos como se muestra en la figura 27 y 28

Figura 27. Gráfico carga aplicada vs desplazamiento horizontal

Figura 28. Gráfico esfuerzo cortante () vs esfuerzo normal ( )

Los resultados obtenidos del ensayo finalmente son de la cohesión y el ángulo de fricción interna y adicionalmente colocar en las observaciones.

43

Tabla 1 Ejemplo de toma de datos realizados in situ Ejemplo de toma de datos realizados in situ

Nota. Los resultados mostrados son referenciales y se coloca en este trabajo de investigación para ver cómo se presenta los resultados.

Tabla 2 Ejemplo de resultados de 3 especímenes ensayados in situ Ejemplo de resultados de 3 especímenes ensayados in situ

Nota. Los resultados mostrados son referenciales y se coloca en este trabajo de investigación para ver cómo se presenta los resultados.

44

3.4.8.1 GRÁFICOS El las figuras 29, 30 y 31 se muestran las gráficas que se pueden obtener del ensayo de corte directo in situ

tangencial para un esfuerzo de 0.5 1 y 1.5. Figura 29. Gráfico de esfuerzo de corte vs deformación tangencial

Figura 30. Gráfico de esfuerzo de corte vs deformación tangencial

45

Figura 31. Gráfico de esfuerzo de corte vs deformación tangencial y la obtención de cohesión y ángulo de fricción presentación final.

3.4.9. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO IN SITU 3.4.9.1. VENTAJAS 

Una ventaja importante de las pruebas de corte directo es que permiten el ensayo de espécimen de una mayor dimensión que el realizado en laboratorio.



El procedimiento de preparación de especímenes y ejecución de ensayo es simple y rápido, descartándose en el ensayo la perturbación que puede sufrir la muestra inalterada de laboratorio durante su extracción y transporte.

46

3.4.9.2. DESVENTAJAS 

El ensayo de corte directo in situ presenta problemas en su realización como orientación de las fuerzas aplicadas, velocidad de carga, condiciones de saturación de la muestra.



 No se tiene estandarizado estandar izado el los equipos equ ipos y materiales mater iales a usar por lo cual cua l se produce diferentes variaciones.



Equipo presentado para realizar ensayos de corte directo in-situ es relativamente sencillo de construir, tiene un costo bajo y necesita adicionalmente solo 2 gatos hidráulicos.



La construcción del equipo en campo para realizar el ensayo de corte directo in-situ es variable lo cual puede variar los resultados obtenidos.

47

CAPITULO IV APLICACIÓN DE CORTE DIRECTO IN SITU EN PAVIMENTOS 4.1. DESCRIPCIÓN DE ESFUERZOS EN PAVIMENTOS El análisis de los pavimentos flexibles frente al comportamiento de cargas estáticas o en movimiento lo cual produce esfuerzos cortantes, normales deformaciones horizontal vertical, dentro del cálculo de estos uno de los parámetros más importantes es el módulo de elasticidad el coeficiente de poison utilizado para calcular las deformaciones y deflexiones. La relación que existe entre el método de corte directo in situ y la evaluación de pavimentos es el módulo de elasticidad E y el coeficiente de poison, si bien no es convencional el método utilizado ya que como se explica en el marco teórico se emplean otros métodos para hallar dicho valores para diferentes condiciones.

Figura 32. Gráficos esfuerzo y deformaciones

48

4.2. APLICACIÓN EN AFIRMADOS Se debe señalar que la subrasante actuará de una forma no drenada antes las cargas  producidas por el tráfico si se asume que estará saturada y que se trata de un material material de baja  permeabilidad (arcillas y limos). Consecuentemente la resistencia al esfuerzo cortante no drenado, cu. Este parámetro se puede obtener de los ensayos de compresión no consolidado, no drenado o de compresión simple. En el campo se puede obtener mediante el ensayo de veleta de corte. Es posible también correlacionar este valor con el CBR para suelos con CBR ≤ 5 mediante la expresión desarrollada por Giroud (Giroud and Noiray, 1981) o el

monograma presentado por el USACE.

Figura 33. Gráfico de esfuerzo de corte vs deformación tangencial y la obtención de cohesión y ángulo de fricción presentación final.

4.3. APLICACIÓN EN PAVIMENTOS FLEXIBLES El análisis de los pavimentos flexibles contempla conte mpla el cálculo de los esfuerzos y deformaci defor maciones ones  por tensión en las ubicaciones críticas de la estructura estructur a como: la p arte superior de la carpeta donde los esfuerzos de compresión son máximos, en la parte inferior donde de la carpeta donde los esfuerzos de tensión y deformaciones son críticas, al interior de la base granular  para verificar que no se produzcan esfuerzos de tensión (salvo que se traten de bases estabilizadas) y en la parte superior de la subrasante donde los esfuerzos de compresión son los que producirán deformaciones verticales no recuperables. Un pavimento flexible típico consiste en concreto asfáltico en la superficie, capa de base y subbase construida sobre la subrasante compactada, tal como se muestra en la figura. En 49

algunos casos, la capa de subbase no se utiliza. La capa superficial está hecha de mezcla  bituminosa en caliente caliente (HMA). La base base granular puede ser granular o estabilizada con asfalto, asfalto, cemento portland u otro agente estabilizador y la subbase es granular. Ademas la parte superior de la subrasante es a veces estabilizado con cemento o cal.

Figura 34. Esquema representativo del funcionamiento de un pavimento

El pavimento flexible distribuye la carga en una menor área y por ende el esfuerzo es transmitido hasta mayores profundidades en comparación con el pavimento rígido. A medida que aumenta la profundidad, la misma carga se distribuye sobre un área mayor de tal forma que la mayor tensión se produce en la superficie y esta va disminuyendo a medida que aumenta la profundidad. Por lo tanto, el material de mayor calidad se coloca en las capas superficiales. Una pequeña cantidad de deformación, sin embargo podría quedarse de forma  permanente que podría acumularse con mucha repeticiones de carga causando causando ahuellamiento en el recorrido de la rueda.

Figura 35. Esquema representativo de la transmisión de carga a la subrasante 50

El suelo de fundación proporciona una parte sustancial de la capacidad general del sistema estructural del pavimento, especialmente para los pavimentos flexibles. La calidad del suelo influye en la definición del trazo y las dimensiones de la estructura del pavimento, así como también en los trabajos de mantenimiento que serán requeridos durante la vida útil del  pavimento. Los esfuerzos generados por las cargas de tráfico son mayores en las capas superiores y disminuye con la profundidad tal como muestra la figura. Por consiguiente, los materiales de mayor calidad y por lo general de mayor costo son utilizados en las capas superiores del pavimento y los de menor calidad y menor costo se utilizan para las capas  profundas de la estructura. estruct ura.

Figura 36. Distribución de carga a diferentes alturas

Una de las fallas más frecuentes en las zonas donde hay precipitación pluvial es el ahuellamiento. Los mecanismos de falla de ahuellamiento se muestran en la siguiente figura. En este se aprecia que el ahuellamiento tipo (a) se debe a la falta de adecuada compactación del afirmado produciéndose una deformaci defor mación ón acumulada. acumu lada. En el tipo tipo (b), se trata tr ata de materiales afirmados inadecuados de baja capacidad de soporte sopo rte donde las cargas por tráfico generan una falla por cortante en el material y por ende un desplazamiento lateral. En el mecanismo (c), el suelo de fundación tiene una baja capacidad de soporte y se deforma ante la presencia de la carga por tráfico; esta deformación no recuperable se ve reflejada a nivel superficial. 51

Figura 37. Casos de falla en pavimentos

La base granular es requerida en los casos donde la resistencia del suelo de subrasante no es la adecuada para soportar directamente las cargas de los vehículos. El material de base debe tener la suficiente resistencia para soportar las cargas sin fallar por corte. Debe, a su vez, tener suficiente espesor como para distribuir la presión vertical en una mayor área a nivel de la subrasante para que esta no exceda la capacidad de soporte del suelo de fundación.

52

CAPITULO V CONCLUSIONES 

Los procedimientos para la preparación espécimen es muy sencillo y rápido, el ensayo se realiza en dos partes, en la primera parte se aplica una carga normal sobre el bloque tallado, controlándose los desplazamientos producidos, esta carga permanece constante a lo largo del ensayo, en la segunda parte se aplica la carga tangencial hasta alcanzar la rotura del bloque, midiendo la magnitud de la carga y lo lo s desplazamientos tangenciales y normales.



El equipo presentado para realizar ensayos de corte directo in-situ es relativamente sencillo de construir, tiene un costo bajo y se necesita adicionalmente solo dos gatos hidráulicos.



La relación que existe entre el ensayo de corte directo in situ aplicado a pavimentos es el módulo de elasticidad (E) y el coeficiente de poison () el cual es empleado en  para el diseño de pavimentos, para el cálculo de esfuerzos, deformaciones y deflexiones.

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CAPITULO VI RECOMENDACIONES El trabajo realizado, que se encuentra descrito en este documento como toda investigación que no tiene antecedentes de su aplicación directa a pavimentos y su metodología en la ejecución del ensayo y para indicar mejor los procedimientos y su aplicación in situ tener como referencia la norma ASTM D-4554 –  95.  95. El equipo de Corte Directo es susceptible a mejorar, como la implementación de un sistema de registro de datos automatizados, que permitiría la visualización de los resultados durante el ensayo, lo cual es una ayuda muy importante para el seguimiento de las trayectorias de las curvas de esfuerzo de d e corte y la obtención de los los parámetros parámetro s de resistencia al corte. Para hallar el módulo de elasticidad (E) y coeficiente () de poison emplear otros métodos ya sea en laboratorio o in situ como compresión simple, compresión edometrica, triaxial y placa de carga entre otros.

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CAPITULO VI BIBLOGRAFIA Alva Hurtado, J., Gutierrez Lázares, J., & Chariarse Cabrera, V. (1988). Comparación de la  Resistencia Cortante Drenada de un suelo in - situ y en laboratorio. Huaraz: laboratorio. Huaraz: VII Congreso Nacional de Ingenieria Civil.  ANÁLISIS DE ESTABILIDAD Y DEFORMACIONES EN EL ACANTILADO DE LA COSTA VERDE . (2011 . (2011 ). LIMA: UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA . Basurto Rabichagua, D. J. (2010). Diseño (2010). Diseño de implemantación de equipo de corte directo  para suelos gravosos en el laboratorio. labo ratorio. Lima:  Lima: Universidad Nacional de Ingenieria. Cañari Sanchez, M. G. (2011). Analaisis (2011). Analaisis de la estabilidad de taludes de la costa verde. Lima: Universidad Nacional de Ingenieria. Gonzales Hijar, L. S. (2012). Estimacion (2012). Estimacion De Los Valores De La Cohesion Y Friccion Del  Macizo Rocoso De Baja Resistencia A Partir De Ensayos De Corte Directo In -Situ. Lima: Universidad Nacional de Ingenieria. Morales Amaya, J. (2007). Comportamiento Geotecnico de Excavaciones subterraneas en roca. Mexico: roca. Mexico: Universidad Nacional Autonoma de Mexico. Shuan Lucas, L. E. (2011). Investigación (2011). Investigación de la matríz en las gravas del perú modelo grava de ventanilla. Lima: ventanilla. Lima: Universidad Nacional de Ingenieria.

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ANEXOS A.1 ENSAYO “IN SITU” DE CORTE DIRECTO PRESA DE MONTEARAGON (HUESCA) La Presa de Montearagón, sita sobre el río Flumen en el término municipal de Loporzano (Huesca), es una presa de arco-gravedad, de hormigón vibrado, de 78 m. de altura y con una capacidad de embalse de 51,5 hm³. Como colofón al estudio de la resistencia del macizo rocoso sobre el que apoya la presa, se realizó, por parte de KELLER CIMENTACIONES, S.L. un ensayo “in situ” de corte directo. El ensayo se ejecutó en la junta natural  entre

areniscas (roca superior) y margas (roca inferior), donde se presume la zona de menor resistencia del macizo. Previamente al ensayo se excavó un recinto en la arenisca en el que construyeron 3 “dados” de 2,5 x 2,5 m. en planta y 1,5 m. de altura. Los dados se alinearon

en línea recta de manera que se pudiesen p udiesen empujar horizontalmente hor izontalmente a lo largo de un eje común. Los dados consisten en una probeta tallada en roca y recubierta de hormigón armado anclado al terreno por 4 anclajes. Cada dado se tesa a una carga diferente representando un estado tensional del conjunto presa-terreno. El ensayo se realiza en 3 etapas. Se empuja horizontalmente cada dado utilizando los otros como reacción hasta romper el primero, es decir, hasta alcanzar el desplazamiento fijado como límite del ensayo. Los empujes horizontales se logran con un gato emplazado entre los dados y empujando y reaccionando contra el hormigón de cada dado reforzado por placas de acero de reparto. En cada etapa se miden los desplazamientos en los 3 ejes de las 4 caras de todos los dados. Para P ara ello ello se instalan 12 potenciómetros, con un rango de 10 cm, en cada dado sobre “brazos” de acero anclados a

las paredes de arenisca de la excavación. Una red de d e cables comunica los potenciómetros con el centro automático de adquisición de datos, unidad desde la cual se leen y registran las lecturas de los potenciómetros. La información se vuelca automáticamente a una hoja de Excel pudiéndose ver en tiempo real los resultados de forma numérica y gráfica. grá fica. Finalizados los trabajos de campo se redactó un informe recogiendo en detalle la metodología empleada así como cualquier incidencia acaecida durante la prueba. En un anexo se adjuntó la totalidad de los datos recogidos para su posterior análisis. Características generales: •Datallogger Campbell CR10X •Multiplexor 4 hilos o 2 hilos seleccionable manualmente •Potenciómetro

lineal de 5KOhm. Tipo PSL 10 56

Figura A-1: Resultados del ensayo de corte directo In situ

Figura A-2: Presa Montearagon (huesca)

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A.2 ENSAYO “In situ” de Corte Directo Costa Verde Lima Por otro lado, en el año 2009 Jorge Alva Ingenieros E.I.R.L. realizó 2 ensayos de corte directo in situ en la zona de estudio, uno al pie del talud, y el otro punto ubicado sobre el el talud a 40 m.s.n.m. como se puede observar en las Figuras 2.6 y 2.7. Los resultados de estos ensayos son presentados en el Anexo C.

Figura A-3 Viatas del ensayo de corte directo in situ al pie del talud Fuente: Jorge Alva Ingenieros E.I.R.L.

Figura A-4 Se aprecia los tres especímenes en el pie de talud para ser ensayados

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Figura A-5 Se aprecia a la gata hidráulica aplicando el esfuerzo normal y los diales de deformación vertical.

Figura A-5 Los diales miden la deformación horizontal y la gata que aplica la fuerza Horizontal, la reacción es el muro.

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