Informe - Ensayo de Corte Directo

ENSAYO DE CORTE DIRECTO

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INDICE I.- ALCANCE  .............................................................................................................................3 II.- OBJETIVOS   .....................................................................................................................4 III.- EQUIPO Y MATERIALES  ............................................................................................4 IV.- MARCO TEORICO   ...........................................................................................................5 V.- PROCEDIMIENTO  ............................................................................................................9 VI. DATOS TOMADOS ............................. ............................ ........................... .................... 11 VII.TABLA DE DATOS CALCULADOS ......................... ............................ ........................ 12 VIII.- GRAFICOS ......................... ............................ ........................... ............................ ......15 IX. REGRESION LINEAL PARA EL ENSAYO DE CORTE  .......... ............................ ......18 X.- OBSERVACIONES .......................... ............................ ........................... ......................... 20 XI.- RECOMENDACIONES ............................................. ........................... ......................... 20 XII.- ANEXO FOTOGRAFICO  ....................................... ............................ ........................ 21

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ENSAYO DE CORTE DIRECTO I.- ALCANCE

- 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 cizalladura 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 cizalladura determinado por la configuración del aparato de cizalladura. 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. - 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. - 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. - Los resultados del ensayo pueden ser afectados por la presencia de partículas de suelo o fragmentos de roca, o ambos. - Las condiciones del ensayo, incluyendo los esfuerzos normales y la humedad, son seleccionadas para representar las condiciones de campo que se investigan.

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II.- OBJETIVOS

1.- Aplicar las cargas requeridas para efectos del ensayo a la muestra de suelo, y a partir de los resultados obtenidos, elaborar la curva Esfuerzo Cortante / Esfuerzo Normal- Desplazamiento Horizontal independientemente para cada aplicación de carga. 2.- Graficar la curva Esfuerzo Cortante de rotura- Esfuerzo Normal, luego de haber obtenido los valores máximos de esfuerzos aplicados a la muestra de suelo, para cada una de las cargas aplicadas. 3.- Obtener el ángulo de fricción interna   y la cohesión C de las muestras obtenidas de la calicata.

III.- EQUIPO Y MATERIALES - Muestra inalterada obtenida de la calicata. - Balanza de tres escalas con sensibilidad 0.01 gr. - Cuchillo - Anillos - Vernier - Máquina de Corte Directo. - Cronómetro.

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IV.- MARCO TEORICO El conocimiento de la resistencia al esfuerzo de corte de los suelos es fundamental en todo problema de estabilidad. El diseño de una estructura, sea esta en fundación, un terraplén o un muro de contención requiere que de una evaluación de la resistencia de los suelos involucrados en ella. Los métodos de prueba para la determinación de factores de los que depende la resistencia al corte están en función del tipo de suelo a ensayar  y del grado de apreciación que se quiera de las características esfuerzo deformación y resistencia, todo ello en forma relativa. Los más comunes son: a) Compresión Simple. b) Corte Directo. c) Compresión triaxial. d) Corte a torsión. El ensayo de corte directo fue originalmente normado para suelos puramente friccionantes o no cohesivos (arenas limpias) aunque fue usado también en suelos cohesivos, durante mucho tiempo, dado que fue la máquina de corte directo, la única que existía para tal efecto. Hoy en día el ensayo de corte directo parece haber sido reemplazado con mucha ventaja por el ensayo de corte triaxial; sin embargo, por su simplicidad y rapidez es preferido por muchos investigadores, considerando además que en los otros tipos de prueba subsisten aún errores básicos no superados. El ensayo en la máquina de corte directo está fundamentalmente en el hecho de que en los materiales sin cohesión la resistencia al deslizamiento sobre cualquier plano, a través del material depende de la presión normal actuando sobre ese plano y del ángulo de fricción interna, es decir, si consideramos 2 bloques sólidos en contacto con una fuerza actuante en sentido normal a la superficie de contacto y aplicamos una fuerza horizontal al bloque superior a fin de que se deslice sobre el inferior, aparecerá una fuerza que se opondrá al movimiento (fuerza de corte) la cual será igual al valor de la fuerza normal aplicada multiplicada por el coeficiente de fricción, (tg ), es decir: Fc = FN tg 

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El equipo consiste en una caja de corte metálica en la que se coloca el espécimen. Las muestras pueden ser cuadradas o circulares. El tamaño de los especímenes generalmente usados es aproximado de 20 a 25 cm 2 transversalmente y de 25 a 30 mm de altura. La caja está cortada horizontalmente en dos partes. La fuerza normal sobre el espécimen se aplica desde la parte superior de la caja de corte. El esfuerzo normal sobre los especímenes debe ser tan grande como 1000 kN/m2. La fuerza cortante es aplicada moviendo una mitad de la caja respecto de la otra para generar la falla en el espécimen de suelo. Dependiendo del equipo, la prueba de corte puede ser controlada por el esfuerzo o por la deformación unitaria. En las pruebas controladas por el esfuerzo, la fuerza cortante es aplicada en incrementos iguales hasta que el espécimen falla, lo cual tiene lugar a lo largo del plano de separación de la caja de corte. Después de la aplicación de cada incremento de carga, el desplazamiento cortante de la mitad superior de la caja se mide por medio de un micrómetro horizontal. El cambio en la altura del espécimen (y por tanto el cambio de su volumen) durante la prueba se obtiene a partir de las lecturas del micrómetro que mide el movimiento vertical de la placa superior de carga. En pruebas controladas por la deformación unitaria se aplica una razón constante de desplazamiento cortante a una mitad de la caja por medio de un motor que actúa a través de engranes. La tasa constante de desplazamiento cortante se mide con un micrómetro horizontal. La fuerza cortante resistente del suelo correspondiente a cualquier desplazamiento cortante se mide por medio de un anillo de ensaye horizontal o con una celda de carga. El cambio de volumen durante la prueba se obtiene de manera similar a las pruebas controladas por el esfuerzo.

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La fuerza normal dividido entre la superficie AA’ nos dará el esfuerzo normal y la fuerza de corte entre la misma superficie nos dará el esfuerzo de corte.

Así, siguiendo a Coulomb, el esfuerzo cortante necesario para producir la ruptura será:  =  tg  En la cual   es el valor de   justo en el momento de iniciarse el deslizamiento. Tanto la deformación horizontal, como la deformación vertical del especimen ensayado es medio mediante extensómetros. La presentación de los resultados de la prueba, se hace mediante el gráfico de Deformación - Esfuerzo.

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V.- PROCEDIMIENTO 1. Con ayuda del vernier realizar las mediciones de los diámetros de los anillos de metal, para hallar el área de su sección transversal, dato que será utilizado en el momento de la tabulación. 2. Pesar los anillos. 3. Tallar la muestra de suelo con ayuda del cuchillo y enrasarla, obteniéndose una sección transversal homogénea, que permita un mejor resultado en el ensayo. 4. Pesar los anillos con las muestras. 5. Por metodología se empezará a realizar los ensayos con la muestra que obtenga el menor peso para lo cual se realizara un ensayo para cada esfuerzo aplicado los cuales serán de 0.5, 1.0 y 1.5 Kg/cm2. 6. Se coloca la primera muestra de suelo en la máquina de corte y con la ayuda de tres personas realizar el ensayo que consistirá en : 









Controlar que la aplicación del esfuerzo sea constante (para el primer ensayo será de 0.50 Kg/cm 2) durante el tiempo de duración del mismo. Registrar las lecturas del dial horizontal y del dial de carga al mismo tiempo dentro de los intervalos establecidos para efectos del ensayo (cada 15 segundos). El ensayo finalizará cuando la aguja del dial horizontal se detenga por completo, en ese momento se procederá a retirar la muestra de suelo. El procedimiento se repetirá para las otras dos muestras de suelo, con la diferencia que para cada una de ellas los esfuerzos aplicados serán de 1.00 y 1.50 Kg/cm2 respectivamente. Con los valores obtenidos, se obtienen las gráficas de Esfuerzo de Corte/Esfuerzo Normal - Desplazamiento horizontal para cada carga aplicada a la muestra de suelo.

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Obtenidas las curvas y con la tabulación correspondiente, se obtiene la gráfica Esfuerzo Cortante de Rotura/Esfuerzo Normal, para lo cual se trabajará con los valores máximos de cada ensayo realizado.  Con la curva final se procede a calcular el ángulo de Fricción y la Cohesión de la muestra de suelo 

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VI. DATOS TOMADOS TIEMPO

DIAL HORIZONTAL

DIAL DE CARGA

0:00:00 0:00:15 0:00:30 0:00:45 0:01:00 0:01:15 0:01:30 0:01:45 0:02:00

10.00

0.00

9.35

8.90

8.35

14.30

7.40

15.40

6.40

15.00

5.35

14.90

4.35

14.90

3.40

14.90

2.70

14.00

TIEMPO

DIAL DE HORIZONTAL

DIAL DE CARGA

10.00

0.00

9.30

8.40

8.30

10.20

7.30

11.10

6.25

11.20

5.35

11.40

4.38

12.00

3.35

12.10

2.30

12.00

0:00:00 0:00:15 0:00:30 0:00:45 0:01:00 0:01:15 0:01:30 0:01:45 0:02:00

14.00

11.90

14.00

11.90 11.40

TIEMPO

0:00:00 0:00:15 0:00:30 0:00:45 0:01:00 0:01:15 0:01:30 0:01:45 0:02:00

DIAL DE HORIZONTAL

DIAL DE CARGA

10.00

0.00

9.35

12.20

8.42

18.20

7.34

19.50

6.25

19.70

5.20

20.00

4.20

20.00

3.18

20.00

2.15

20.00 20.00 20.00 20.00

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VII.TABLA DE DATOS CALCULADOS MUESTRA 1

Número de anillo Peso anillo Peso anillo + muestra humedad natural Peso anillo + muestra saturada Peso de la muestra seca Diámetro Area del anillo Altura del anillo Volumen del anillo Densidad humedad Esfuerzo aplicado K(constante)

TIEMPO

0:00:00 0:00:15 0:00:30 0:00:45 0:01:00 0:01:15 0:01:30 0:01:45 0:02:00

DIAL DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL HORIZONTAL

16 80.19 321.5

7.16 40.264 3.45 138.911

gr. gr. gr. cm. cm2. cm. cm3.

0.5 Kg/cm2 1.6129

DIAL FUERZA ESFUERZO DE CORTANTE DE CORTE CARGA

 

10.00

0.00

0.00

0.000

0.000

0.000

9.35

0.65

8.90

14.355

0.357

0.713

8.35

1.65

14.30

23.064

0.573

1.146

7.40

2.60

15.40

24.839

0.617

1.234

6.40

3.60

15.00

24.194

0.601

1.202

5.35

4.65

14.90

24.032

0.597

1.194

4.35

5.65

14.90

24.032

0.597

1.194

3.40

6.60

14.90

24.032

0.597

1.194

2.70

7.30

14.00

22.581

0.561

1.122

0.00

14.00

22.581

0.561

1.122

14.00

22.581

0.561

1.122

12

MUESTRA 2

Número de anillo Peso anillo Peso anillo + muestra humedad natural Peso anillo + muestra saturada Peso de la muestra seca Diámetro Area del anillo Altura del anillo Volumen del anillo Densidad humedad Esfuerzo aplicado K(constante)

TIEMPO

0:00:00 0:00:15 0:00:30 0:00:45 0:01:00 0:01:15 0:01:30 0:01:45 0:02:00

DIAL DE DESPLAZAMIEN HORIZONT  TO AL HORIZONTAL

22 83.4 324.5

DIAL DE CARG A

gr. gr. gr.

7.19 40.602 3.45 140.077

cm. cm2. cm. cm3.

1.00 1.6129

Kg/cm2

FUERZA ESFUERZ CORTANT  O DE E CORTE

 

10.00

0.00

0.00

0.000

0.000

0.000

9.30

0.70

8.40

13.548

0.334

0.334

8.30

1.70

10.20

16.452

0.405

0.405

7.30

2.70

11.10

17.903

0.441

0.441

6.25

3.75

11.20

18.064

0.445

0.445

5.35

4.65

11.40

18.387

0.453

0.453

4.38

5.62

12.00

19.355

0.477

0.477

3.35

6.65

12.10

19.516

0.481

0.481

2.30

7.70

12.00

19.355

0.477

0.477

11.90

19.194

0.473

0.473

11.90

19.194

0.473

0.473

11.40

18.387

0.453

0.453

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MUESTRA 3

Número de anillo Peso anillo Peso anillo + muestra humedad natural Peso anillo + muestra saturada Peso de la muestra seca Diámetro Area del anillo Altura del anillo Volumen del anillo Densidad humedad Esfuerzo aplicado K(constante)

TIEMPO

0:00:00 0:00:15 0:00:30 0:00:45 0:01:00 0:01:15 0:01:30 0:01:45 0:02:00

DIAL DE DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL HORIZONTAL

16 82.6 323.5

gr. gr. gr.

7.14 40.039 3.45 138.136

cm. cm2. cm. cm3.

1.50 1.6129

Kg/cm2

DIAL FUERZA ESFUERZO DE CORTANTE DE CORTE CARGA

 

10.00

0.00

0.00

0.000

0.000

0.000

9.35

0.65

12.20

19.677

0.491

0.328

8.42

1.58

18.20

29.355

0.733

0.489

7.34

2.66

19.50

31.452

0.786

0.524

6.25

3.75

19.70

31.774

0.794

0.529

5.20

4.80

20.00

32.258

0.806

0.537

4.20

5.80

20.00

32.258

0.806

0.537

3.18

6.82

20.00

32.258

0.806

0.537

2.15

7.85

20.00

32.258

0.806

0.537

20.00

32.258

0.806

0.537

20.00

32.258

0.806

0.537

20.00

32.258

0.806

0.537

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VIII.- GRAFICOS

MUESTRA 1

CORTE DIRECTO 0.700 0.600

   e    t 0.500    n    a     )    t    r    2 0.400    o   m    C   c    o    /    g 0.300    z    r    k    e    (    u     f    s 0.200    E 0.100 0.000 1

2

3

4

5

6

7

8

9

Desplazamiento Horizontal

σ = 0.50 kg/cm2

MUESTRA 2

CORTE DIRECTO 0.600

0.500

   e    t 0.400    n    a     )    t    r    2    o   m    C   c 0.300    o    /    g    z    r    k    e    (    u     f 0.200    s    E 0.100

0.000 1

2

3

4

5

6

7

8

9

Desplazamiento Horizontal

σ = 1.00 kg/cm2

15

MUESTRA 3

CORTE DIRECTO 0.900 0.800 0.700

   e    t 0.600    n    a     )    t    r    2    o   m0.500    C   c    o    /    g    z    r    k 0.400    e    (    u     f 0.300    s    E 0.200 0.100 0.000 1

2

3

4

5

6

7

8

9

Desplazamiento Horizontal

σ = 1.50 kg/cm2

16

DIAGRAMA ENVOLVENTE DE MOHR

ESF. NORMAL

ESF. CORTANTE

X

Y

0.50

0.617

1.00

0.481

1.50

0.806

COHESION

0.445

ø

10.692

DIAGRAMA ENVOLVENTE DE MORH 0.900

y = 0.1888x + 0.4456

0.800

0.700

   E    T 0.600    N    A    T    R0.500    O    C    O    Z 0.400    R    E    U    F    S 0.300    E 0.200

0.100

0.000 0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

ESFUERZO NORMAL

17

IX. REGRESION LINEAL PARA EL ENSAYO DE CORTE ESF. NORMAL

ESF. CORTANTE

X

Y

XY

X

Y

0.50

0.617

0.308

0.250

0.381

1.00

0.481

0.481

1.000

0.231

1.50

0.806

1.208

2.250

0.649

1.903

1.998

3.500

1.261

Σ 

3.00

2

2

De donde: y = 0.188x + 0.4456

Luego: Comparando con  =

c + n tg 

 y = a + xb

Entonces: y = 0.188x + 0.4456 De donde: C = 0.4456 tg = 0.188  =

10.692°

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ANALOGIA DE LA RECTA

- Dada la presencia de cohesión, se deduce que el tipo de muestra contiene materiales finos, es decir material ligante que permite la fricción interna de las partículas del suelo, sin embargo no es predominante ya que esta cohesión es baja. - La regresión lineal es la manera más precisa para efectos del cálculo de los puntos a ubicar en la gráfica de la recta  vs n .

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X.- OBSERVACIONES - Se requiere tener cuidado en el ingreso de las muestras para efectos del ensayo de cortante, ya que las muestras deben ingresar en orden de menor a mayor peso; y a partir de ello aplicar las cargas correspondientes. - Se dan las lecturas del dial horizontal hasta el minuto 2 y 15 segundos. - La lectura del dial axial de carga se da hasta que se llega a repetir la misma lectura antes dada.

XI.- RECOMENDACIONES -Es recomendable que se hallen los esfuerzos de falla máximos en condiciones de saturación, es decir en las peores condiciones, lo cual permitirá obtener óptimos resultados en el momento de evaluación, propuesta y ejecución del proyecto, e incluso se pueden realizar en estados desfavorables para la construcción de la edificación.

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XII.- ANEXO FOTOGRAFICO

Muestras pesadas y enrasadas.

Preparación del equipo

Micrómetro

21

Puesta de muestra en equipo

Ejecución de ensayo de corte directo

22

Retiro de la parte superior del equipo para la observación de la muestra ensayada

Vista de la muestra a retirar en el equipo de ensayo de corte directo

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Resultado de la muestra en el ensayo de corte directo

Las 3 muestras luego de realizar el ensayo de corte directo.

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