Ensayo de Corte Directo
Ensayo de Corte Directo
Ensayo de Corte Directo
MATERIALES:
Dispositivo de Corte
Piedras Porosas
Dispositivos de Carga
Anillo de Tallado o de Corte
Balanzas
Horno de Secado
Agua destilada (opcional)
Esptula
Cuchillos
Regla de borde recto
Sierras de alambre
2. OBJETIVO
Determinar la resistencia al corte consolidado drenado de un suelo en corte directo. El
ensayo puede ser hecho sobre todo tipo de suelos y sobre muestras inalteradas o
remoldeadas.
3. FUNDAMENTACIN TERICA Y APLICACIN
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:
a) Por deformacin elstica de las partculas.
b) Por cambio de volumen en el suelo como consecuencia de la evacuacin de la
presin de poro presente en los vacos de las partculas.
c) Por deslizamiento de las partculas, que pueden conducir al deslizamiento de una
gran masa de suelo.
El primer caso llamado asentamiento elstico, se produce seguido al proceso constructivo
por efecto de las cargas transmitidas y se da por la deformacin elstica e inmediata del
suelo, este asentamiento lo tenemos en todas las estructuras e indistintamente del tipo de
suelo. El segundo caso corresponde a otro tipo de asentamiento y que es propio de las
estructuras cimentadas en suelos arcillosos es el denominado asentamiento por
consolidacin: primaria (durante la cual el exceso de presin de poro es gradualmente
transferido a esfuerzos efectivos por la expulsin de agua de poro). El tercer caso,
Aux. Gabriela Gallardo
corresponde a 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.
4. FUNDAMENTOS PARA EL ANLISIS DEL ENSAYO - LEY DE
COULOMB
Mohr (1900) present una teora sobre la ruptura de los materiales. Esta teora afirma que
un material falla debido a una combinacin crtica de esfuerzo normal y esfuerzo cortante,
y no slo por la presencia de un esfuerzo mximo normal o bien de un esfuerzo mximo
cortante. As entonces, la relacin funcional entre un esfuerzo normal y un esfuerzo
cortante sobre un plano de falla se expresa en la forma:
Dnde:
f= esfuerzo cortante sobre el plano de falla
= esfuerzo normal sobre el plano de falla
La envolvente de falla definida por la ecuacin es una lnea curva, como muestra la figura:
Dnde:
c= cohesin
= ngulo de friccin interno
5. APLICACIONES DE LOS RESULTADOS DEL ENSAYO A FALLAS DE
TERRENO
a) Capacidad de carga en bases y fundaciones para estructuras en arcillas
homogneas saturadas, inmediatamente despus de la construccin. El terreno
bajo una fundacin, es presionado por la falla y asume fallar por corte, en la
forma como indica la figura 2a
b) La presin de tierra en el muro de contencin, predomina inmediatamente despus
de la construccin. Figura 2b
c) Presin de tierra contra la entibacin de una excavacin temporal. Fig. 2c
d) Prevencin contra el levantamiento de fondo de las excavaciones. Fig. 2d
e) Estabilidad de los taludes, inmediatamente despus de la excavacin. Fig. 2e
f) Estabilidad en diques de tierra, durante perodos cortos de construccin. Fig. 2f
6. LIMITACIONES
Para el ensayo de corte directo de suelos bajo condiciones consolidadas drenadas los
resultados del ensayo son aplicables a situaciones de campo donde la consolidacin
completa ha ocurrido bajo la sobrecarga existente, y la falla es alcanzada lentamente de
modo tal que los excesos de presiones de poro son disipados (Caso a del punto anterior).
El ensayo tambin es til para determinar la resistencia al corte a lo largo de planos dbiles
reconocibles dentro del material de suelo.
El ensayo no es adecuado para el desarrollo de relaciones exactas de esfuerzos
deformacin del espcimen de prueba, debido a la distribucin no uniforme de los
desplazamientos y esfuerzos de corte. La baja velocidad de los desplazamientos permite la
disipacin del exceso de presiones de poro, pero tambin permite el flujo plstico de suelos
cohesivos blandos. Se deber tener cuidado para que las condiciones de ensayo representen
aquellas que estn siendo investigadas.
7. PROCEDIMIENTO
ESPECIMEN DE ENSAYO
Si se usa una muestra inalterada, sta deber ser lo suficientemente grande para
proporcionar un mnimo de tres especmenes idnticos. Prepare los especmenes de modo
que las prdidas de humedad sean insignificantes. Talle los especmenes
Aux. Gabriela Gallardo
PROCEDIMIENTO CONVENCIONAL.
a) Mtodo para suelos no cohesivos.
Se pesa una muestra de arena (seca o de humedad conocida) suficiente para hacer
tres ensayos a la misma densidad. Se ensambla la caja de corte, se obtiene la seccin
(A) de la muestra y se coloca la arena en la caja junto al pistn de carga y la piedra
porosa.
Se aplica la carga vertical (Pv) y se coloca el dial para determinar el desplazamiento
vertical. En ensayos consolidados se comienza cuando el asentamiento se ha
detenido; en suelos no cohesivos, esto puede hacerse a partir de la aplicacin de Pv.
Se separa la caja de corte, se fija el bloque de carga y se ajusta el deformmetro para
medir el desplazamiento cortante (en ensayos saturados se debe saturar la muestra el
tiempo necesario). Luego se comienza a aplicar la carga horizontal midiendo desde
los deformmetros de carga, de cambio de volumen y de desplazamiento cortante. Si
el ensayo es del tipo deformacin controlada se toman esas lecturas a
Aux. Gabriela Gallardo
La tasa de deformacin unitaria debe ser la misma que en el caso anterior (no ms
de 2 mm/min) tal que el tiempo de falla oscile entre cinco y diez minutos, a menos
que el ensayo sea consolidado drenado. La velocidad de deformacin para este
ltimo, debera ser tal que el tiempo para que ocurra la falla (tf) sea: tf = 50* t50,
donde t50 es el tiempo necesario para que ocurra el 50% de la consolidacin bajo la
carga normal Pv.
Al finalizar el ensayo, se remueve el suelo y se toman muestras para determinar el
contenido de humedad. El procedimiento se repetir para las muestras adicionales.
8 CLCULOS Y GRFICOS
Los siguientes clculos son aplicables tanto a suelos cohesivos como a suelos no cohesivos.
- Se grafican en escala natural las curvas de deformacin, donde la ordenada ser la
deformacin horizontal y la abscisa el tiempo necesario de las distintas probetas. Se obtiene
la mxima deformacin horizontal. Con los valores de carga vertical y tangencial se calcula
la tensin tangencial y la tensin normal.
Aux. Gabriela Gallardo
- Con los datos de t y sn de cada una de las probetas, se traza la recta intrnseca y de ella se
obtiene c y f, donde c es la ordenada de la recta hasta el punto cero de las abscisas y f el
ngulo que forma la horizontal con la recta intrnseca.
- Es posible trazar adems la curva de deformaciones verticales, donde se llevan en
ordenadas las deformaciones (asentamiento-hinchamiento) y en abscisas el tiempo, con este
grafico se puede ver la variacin volumtrica de la muestra durante el ensayo.