Instruction manuals y asd">
Trabajo Corte Directo
Trabajo Corte Directo
Trabajo Corte Directo
Existen una serie de parmetros referentes al terreno que son indispensables en cualquier
construccin u obra de ingeniera civil. Muchos de estos parmetros se obtienen a partir de ensayos
realizados en el laboratorio, la finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una
muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existirn en el terreno
producto de la aplicacin de una carga, el ensayo de corte directo tiene como objetivo determinar la
resistencia al esfuerzo cortante de una muestra, valor que, entre otras cosas, ser muy til para el
clculo de la estabilidad de taludes o para la capacidad de soporte. La resistencia al esfuerzo
cortante en el suelo se debe a dos componentes: la cohesin, aportada por la fraccin fina del suelo
y responsable, a su vez, del comportamiento plstico de ste y el rozamiento interno entre las
partculas granulares o friccin.
Dentro de las mltiples propiedades de los suelos desde el punto de vista de la Ingeniera Civil
tiene gran importancia su comportamiento bajo la accin de cargas que hacen que se comporte
como un material elstico que presenta esfuerzos y de formaciones.Con la elaboracin de este
informe, se describe el mtodo de ensayo para la determinacin de la resistencia al corte de una
muestra de suelo, utilizando para ello un aparato de corte directo que simula la aplicacin de las
cargas reales a las que estar sometido el suelo.
La mayor parte de las fallas se producen por esfuerzos cortantes y por ende, la resistencia de un
suelo a este esfuerzo constituye la caracterstica fundamental a la que se liga la capacidad de los
suelos para adaptarse sin fallar a cargas que acten sobre ellos. EI conocer las caractersticas del
esfuerzo cortante es un prerrequisito para la solucin de muchos problemas en el campo de las
cimentaciones y permite la elaboracin de procedimientos prcticos para desafiar y predecir su
funcionamiento bajo la accin de cargas reales.
El ensayo induce la falla a travs de un plano determinado, sobre el que actan un esfuerzo normal
aplicado externamente debido a la carga vertical y un esfuerzo cortante originado de la aplicacin
de la carga horizontal.Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones con las
cuales podremos obtener la tensin de corte mediante un grfico, adems podremos obtener la
cohesin y el ngulo de friccin interna del suelo.
Si una masa de suelo se somete a un esfuerzo de corte que excede su capacidad de resistencia, se
produce un movimiento relativo a los largo de un plano de falla. Las teoras de falla buscan definir
cules son las condiciones que hacen que se produzca la falla en un material. La forma general de
estas teoras se expresa por medio de la ecuacin de Coulomb. EI equipo de corte directo es til
para determinar el valor de la cohesin y el Angulo de friccin interna, los cuales se consideran
vlidos para una masa de suelo con caractersticas similares a las muestras ensayadas.
Los
resultados de este ensayo son utilizados en el anlisis y diseo de obras de ingeniera tales como en
el clculo de presiones de tierra contra estructuras de contencin, en estabilidad de taludes y en la
capacidad de soporte de los suelos de fundacin.
CORTE DIRECTO.
Cuando una estructura se apoya en la tierra, transmite los esfuerzos al suelo de fundacin. Estos
esfuerzos producen deformaciones en el suelo que pueden ocurrir de tres maneras:
1. Por deformacin elstica de las partculas.
2. Por cambio de volumen en el suelo como consecuencia de la evacuacin del lquido existente
en los huecos entre las partculas.
3. Por deslizamiento de las partculas, que pueden conducir al deslizamiento de una gran masa de
suelo.
El primer caso es despreciable para la mayora de los suelos, en los niveles de esfuerzo que
ocurren en la prctica. El segundo caso corresponde al fenmeno de la consolidacin. El tercer
caso, correspondea fallas del tipo catastrficos y para evitarla se debe hacer un anlisis de
estabilidad, que requiere del conocimiento de la resistencia al corte de suelo. El anlisis debe
asegurar, que los esfuerzos de corte solicitantes son menores que la resistencia al corte, con un
margen adecuado de modo que la obra siendo segura, sea econmicamente factible de llevar a
cabo.Vemos que es absolutamente imposible independizar el comportamiento de la estructura y el
del suelo.Por tanto el problema de la determinacin de la resistencia al esfuerzo cortante de los
suelos puede decirse que constituye uno de los puntos fundamentales de toda la Mecnica de
Suelos. En efecto, una valoracin correcta de este concepto constituye un paso previo
imprescindible para intentar, con esperanza de xito cualquier aplicacin de la Mecnica de Suelos
al anlisis de la estabilidad de las obras civiles.
ENSAYO CORTE DIRECTO.
La finalidad de los en sayos de corte, es determinar la resistencia de unamuestra de suelo, sometida
a fatigas y/o deformacin esquesimulen las que existe no existirn en terreno producto de la
aplicacin de una carga.
Para conocer una de estas resistencias en laboratorio se usa el aparato de corte directo, siendo el
ms tpico una caja de seccin cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades.
Dentro de ellas se coloca la muestra de suelos con piedras porosas en ambos extremos, se aplica
una carga vertical de confinamiento (Pv) y luego una carga horizontal (Ph) creciente que origina el
desplazamiento de la mitad mvil de la caja originando el corte de la muestra.
4. Resistencia al corte para suelos muy finos bajo condiciones no drenadas en que el corte es
aplicado en forma rpida.
Por otro lado, segn la forma en que se aplica el esfuerzo horizontal, los ensayos de corte se
puedenclasificar en dos tipos:
a. Ensayo de tensin controlada.- Se aplica el esfuerzo horizontal, se miden las deformaciones
hasta llegar hasta la estabilizacin, luego se aumenta la fuerza horizontal y as sucesivamente,
hasta que llega el momento en que las deformaciones no se estabilizan, lo que nos indica que
hemos sobrepasado la carga de rotura.
n = Pv /A
f=
Ph /A
c + n * tg
= + u
Donde:
u = presin intersticial
= esfuerzo efectivo
* tg
Siendo , el ngulo de roce o ngulo formado por la resultante de las dos fuerzas con la
fuerza normal. La resistencia al deslizamiento es proporcional a la presin normal y puede ser
representada Por la figura
MTODO DE ENSAYO
Este ensayo consiste en colocar el espcimen del ensayo en una caja de cizalladura directa, aplicar
un esfuerzo normal determinado, humedecer o drenar el espcimen de ensayo, o ambas cosas,
consolidar el espcimen bajo el esfuerzo normal, soltar los marcos que contienen la muestra y
desplazar un marco horizontalmente respecto al otro a una velocidad constante de deformacin y
medir la fuerza de cizalladura y los desplazamientos horizontalesa medida que la muestra es
cizallada.
Corte directo
La Figura b, se muestra las relaciones tpicas esfuerzo-deformacin unitaria-cambio de volumen. Al
graficar el mximo esfuerzo cortante f en funcin del esfuerzo normal efectivo se obtiene el
ngulo de friccin efectivo para un estado de densidad en particular. Para establecer la envolvente
de falla se realizan diferentes ensayos con diferentes valores de presin de confinamiento (esfuerzo
normal) y se dibuja una lnea recta desde el origen (ya que = 0 en suelos granulares) pasando por
los respectivos puntos; la pendiente de esta lnea se designa con .
Grados
Tipo de suelo
limo
arena limosa
arena uniforme
arena bien graduada
grava arenosa
Suelto
27 - 30
27 - 33
28
33
35
Denso
30 - 34
30 - 35
34
45
50
i.
j.
ENSAYO.
El ensayo est normalizado en ASTM 3080. La caja de corte es del tipo cuadrada de 100 * 100
mm.
El set de presiones normales aplicadas a la muestra queda a criterio del constructor. Se
recomienda usar valores de 50%; 100%; 150% y 200% del valor de terreno. Es decir si la estructura
descarga en su fundacin una tensin de compresin de 2 (Kg/cm), se recomienda usar valores de
1,2,3 y 4 (kg/cm2), lo que traducido a pesos significan 100, 200, 300 y 400 kg respectivamente.
Aparatos
- Mquina de corte Directo.
- Caja de corte directo.
Arena Seca
Se ensaya generalmente a una densidad predeterminada, la muestra se prepara colocando el
material en la caja de corte y compactndola en ella, el peso de la muestra se calcula por
diferencia entre el peso de la caja con muestra y el peso de la caja vaca. El nivel a que se
coloca es del orden de 5 mm por debajo del nivel superior.
Coloque la placa ranurada, en la superficie de la muestra con las ranuras en direccin
perpendicular al movimiento. Mida la distancia entre el borde superior de la caja y la
superficie de la placa, en las cuatro esquinas o en el centro de los cuatro lados, el promedio de
estos valores lo llamaremos X.
Determine la altura de la muestra a partir de la expresin siguiente:
H = B - ( t1 + 2t2 + X ) [cm]
Donde
B
: Altura total de la caja
t2
: p + nqr/L
Arena saturada
En estas condiciones agregue agua a la muestra y colquela en la caja. No se debe obtener
densidades bajas, slo densidades medias o altas.
CLCULOS
Los siguientes clculos son aplicables tanto a suelos cohesivos como a suelos no cohesivos.
b.
A
Donde:
Pv = Carga aplicada normal
A = Area de la muestra (100 cm2)
Los esfuerzos normales con los que se trabajar son:
N1 = 0, 25 (Kg/cm2)
N2 = 1,00 (Kg/cm2)
N3 =4.0 (Kg/cm2)
Determine la inclinacin de esta recta (tg ), que indica el ngulo de friccin interna. Determine
la interseccin con el eje vertical que nos indica la cohesin del suelo.
envolvente, de los crculos de Mohr., que dar a conocer el valor de c, ordenada en el origen, y el
ngulo de inclinacin de la lnea.
1.-OBJETIVOS.
Determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad portante del
Suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.
Determinar la cohesin y el ngulo de friccin interna.
2.-BASE TEORICA
Resistencia al corte de un suelo
Esta resistencia del suelo determina factores como la estabilidad de un talud, la capacidad de carga
admisible para una cimentacin y el empuje de un suelo contra un muro de contencin.
Ecuacin de falla de Coulomb
tf
= c + tg..(1)
Dnde:
= Es el esfuerzo normal total en el plano de falla.
= Es el ngulo de friccin del suelo (por ejemplo, arena)
c = Es la cohesin del suelo (por ejemplo, arcilla).
Esta es una relacinemprica y se basa en la Ley de Friccin de A montn para el deslizamiento de
dos superficies planas, con la inclusin de un trmino de cohesinc para incluir la Stiction propia
del suelo arcilloso. En los materiales granulares, c = 0 y por lo tanto:
f = tg Suelo granular----------(2)
Contrariamente, en suelos puramente cohesivos, = 0, luego:
f = c Suelo cohesivo puro----------(3)
Pero la ecuacin (1) no condujo siempre a resultados satisfactorios, hasta que Terzagui publica su
expresin = + U con el principio de los esfuerzos Efectivos (el agua no tiene cortante).
Entonces:
f = c + tg --------------(4)
APARATO DE CORTE DIRECTO
Puesto que la resistencia al cortante depende de los esfuerzos efectivos, en el suelo los anlisis
deben hacerse en esos trminos, involucrando c y , cuyos valores se obtienen del ensayo de corte
directo: Aplicando al suelo una fuerza normal, se puede proceder a cizallarlo con una fuerza
cortante. El movimiento vertical de la muestra se lee colocando un deformimetro en el bastidor
superior. El molde no permite control de drenaje, que en el terreno pueden fallar en condiciones de
humedad diversas (condicin saturada no drenada, parcialmente drenadas o totalmente drenadas),
para reproducir las condiciones
de campo se programa la velocidad de aplicacin de las cargas. En arenas, como el drenaje es libre,
el ensayo se considera drenado.
3.-EQUIPOS Y MATERIALES
Muestra de suelo inalterado.-La muestra fue obtenida del distrito de San Jernimo, especficamente
de las ladrilleras Latesa a una profundidad aproximada de 8.50 metros.
Equipo de Corte.- Proporcionara medios para aplicar un esfuerzo normal a las caras de la muestra.
La mquina debe ser capaz de aplicar una fuerza cortante a la muestra a lo largo de un plano de
corte predeterminado, cabe resaltar que para este ensayo de utilizo un aparato tradicional.
Caja de Corte.-Tambin llamada como caja de cizalladura est hecha de acero inoxidable de
forma cuadrada.
TAPA
SUPERIOR
CAJA DE
CORTE
Molde.- Tiene una forma cuadrada de dimensiones: 4,9cm de longitud del lado de la cara interna y
5cm de la cara externa.
Deformmetro.- Nos proporciona los datos de deformacin en 0.001pulg que multiplicado por
25.4 nos da la deformacin en milmetros.
4.-METODO
PARA SUELO COHESIVO
1. Moldear cuidadosamente tres muestras de mismo tamao y en loposible de la misma densidad,
tomadas de una muestra de bloque grande, o de una muestra de tubo. Utilizar un anillo cortante
de manera que el tamao pueda ser controlado. Cualquier muestra con un peso apreciablemente
diferente de las otras muestras debe descartarse y ensu lugar moldear otra muestra.
2. Retroceder la separacin y el agarre de los tornillos gua en la parte superior de la caja de corte
y ensamblar las dos partes. Asegurarse de que las piedras porosas estn saturadas a menos que
se vaya a ensayar un suelo seco. Medir las dimensiones de la caja de corte para calcular el rea
de la muestra.
4. Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una pequeaseparacin apenas
mayor que el tamao de la partculams grande que presente el suelo. Asegurarse de que la
carga normal refleje la fuerza normal ms el peso del bloque de carga y la mitad superior de la
caja de corte. Tener cuidado al separar la caja de corte cuando se ensaya arcillas blandas porque
parte del material puede salir de la caja por la zona de separacin, utilizar en estos casos cargas
verticales pequeas.
5. Colocar el deformimetro de deformacin cortante, fijar en cero el deformimetro.
desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformacin unitaria del orden de 0.5-2
mm/min.
5.-RESULTADOS
DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO
MUESTRA
CARGA VERTICAL
DEFORMACION DEL
DIAL (mm)
N1
12.738 Kg
PESO QUE MARCA LA
ROMANA (Kg)
ESFUERZO CORTANTE
Kg
( cm2 )
0
0.00
0.127
0.254
0.381
0.508
0.635
0.762
0.889
1.016
1.143
1.27
1.397
1.524
1.651
1.778
1.905
2.032
2.159
1.0
2.0
3.8
4.3
5.8
6.1
7.5
8.0
8.7
11.0
14.0
21.8
29.5
36.8
40.0
43.8
45.9
0.04
0.08
0.16
0.18
0.24
0.25
0.31
0.33
0.36
0.46
0.58
0.91
1.23
1.53
1.67
1.82
1.91
MUESTRA
N2
CARGA VERTICAL
DEFORMACION DEL DIAL
(mm)
23.888 Kg
PESO QUE MARCA LA
ROMANA (Kg)
ESFUERZO
CORTANTE (
0
0.127
0.254
0.381
0.508
0.635
0.762
0.889
1.016
1.143
1.27
1.397
0.0
4.0
6.0
8.5
10.0
12.0
13.8
16.0
18.3
20.0
22.8
30.5
0.0
0.2
0.2
0.4
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.8
0.9
1.3
Kg
cm2 )
1.524
1.651
1.778
1.905
2.032
2.159
2.286
2.413
2.54
2.667
2.794
2.921
3.048
3.175
MUESTRA
CARGA
VERTICAL
DEFORMACIO
N DEL DIAL
(mm)
0
0.127
0.254
0.381
0.508
0.635
0.762
0.889
1.016
1.143
1.27
1.397
1.524
1.651
1.778
1.905
2.032
35.0
42.0
43.5
45.0
47.8
50.0
51.5
52.0
53.0
54.5
55.8
56.0
58.0
60.0
1.5
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.1
2.2
2.2
2.3
2.3
2.3
2.4
2.5
N3
32.826 Kg
PESO QUE MARCA LA
ROMANA (Kg)
ESFUERZO
CORTANTE (
0.0
15.8
18.0
21.0
23.0
25.0
26.3
28.3
29.3
30.0
32.5
44.0
60.0
72.3
76.0
86.0
91.0
0.0
0.7
0.7
0.9
1.0
1.0
1.1
1.2
1.2
1.2
1.4
1.8
2.5
3.0
3.2
3.6
3.8
Kg
cm2 )
4.00
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
MUESTRA 1
MUESTRA 2
MUESTRA 3
CARGA
VERTICAL (kg)
12.738
ESFUERZO VERTICAL
(Kg/cm2)
0.53
23.888
0.99
2.50
38.826
1.37
3.79
1.91
GRAFICO vs
4.00
3.50
3.00
2.50
(Kg/cm2)
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
0.40
0.60
0.80
1.00
(Kg/cm2)
6.-OBSERVACIONES
Como no se cont con piedra porosa se utiliz madera.
1.20
1.40
1.60
El ensayo tambin es usado para dar la resistencia al corte para lo cual es necesario cortar
la muestra de suelo a una velocidad lo suficientemente lenta para asegurar la disipacin
inmediata del exceso de presin intersticial que se produce durante el corte.
Materiales:
Mquina de corte directo, capaz de sujetar la probeta entre dos piedras porosas, medir las
cargas normales, medir cambios de espesor, medir desplazamientos y permitir el drenaje a
travs de las piedras porosas.
Cajas de corte, normalmente son cuadradas de 10 o 6 cm. de lado, o bien cilndricas de 6,
10 16 cm. de dimetro, con sus respectivas piedras porosas.
Balanza, una de 0,1 gr. de precisin.
5 C.
Agua destilada,
Cuchillo.
Cronmetro.
3.2
Metodologa:
De acuerdo a la norma ASTM D 3080 y AASHTO T 236, se moldean 3 probetas de una muestra
de suelo inalterada, utilizando un anillo cortante para controlar el tamao. Se ensambla la caja de
corte, se saturan las piedras porosas y se mide la caja para calcular el rea de la muestra. Se
colocan la muestra en la caja de corte, las piedras porosas y el pistn de carga sobre el suelo, se
ajusta el deformmetro vertical.
Una vez efectuado esto, se coloca la muestra dentro de la caja de corte, colocamos el pisto de carga
en su sitio sobre el suelo, la carga normal y ajustamos el deformmetro.
Una vez hecho esto, enceramos el deformmetro horizontal y vertical. Para ensayos saturados, es
necesario llenar la caja de corte con agua y esperar un tiempo razonable para que se produzca la
saturacin de la muestra.
Comenzar la carga horizontal y tomar lecturas del deformmetro de carga, desplazamiento de corte
y desplazamientos verticales. Si el ensayo se hace a deformacin unitaria controlada tomar estas
lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 20 unidades del deformmetro de
desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformacin unitaria del orden de 0.5 a no ms de 2
mm/min. Repetimos estos pasos para las dems muestras.
0.6
0.4
0.2
0
0
0.5
1.5
2.5
Presin unitaria
Le agregamos a la grfica una lnea de tendencia que nos permite observar que uno de los
puntos tiene cierta dispersin, por tanto se aplicara la regresin lineal para poder corregir esta
dispersin:
Y =bX + a
REGRESIN LINEAL
X2
XY
0,79
0,5
0,808
0,25
0,404
0,942
0,942
1,088
2,176
3,5
2,838
5,25
3,522
Con esto obtenemos los valores a y b de la ecuacin lineal, aplicando las ecuaciones
correspondientes:
b=
N ( XY )( X )( Y )
2
N ( X )( X)
a=
Y
X
b
N
N
N=
b=
0,181
a=
0,735
Y =0,181 X + 0,735
Presin
0
0,5
1
2
Esfuerzo
0,735
0,825
0,916
1,097
0,001
0,001
0,001
Esfuerzo
0,001
0,000
0,000
0,000
0
0.5
1.5
Presin unitaria
5. CONCLUISONES Y RECOMENDACIONES
2.5
5.1 Conclusiones:
5.2 Recomendaciones
Se pueden necesitar seis muestras si el suelo est inalterado.
Mantener las muestras en ambiente de humedad controlada mientras se hace el moldeo, la
preparacin de la mquina de corte y los dems tipos de ensayo.
La manivela de la mquina de corte directo debe manejarse a una velocidad constante todo
el tiempo que dure el ensayo.
BIBLIOGRAFA
Norma ASTM D 3080 y AASHTO T 236
S.
N.,
ENSAYO
DE
CORTE
DIRECTO,
disponible
en:
http://icc.ucv.cl:8080/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/cortedirecto.pdf
Tecnotest,
ENSAYO
DE
CORTE
DIRECTO
EN
SUELOS,
disponible
http://www.tecnotest.it/f/sp/Prods/mecanica-del-suelo/ensayo-de-corte-directo-en-suelos
en:
ANEXO FOTOGRFICO