Ensayo de Corte Directo

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UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO”ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

MECANICA DE LOS SUELOS II – ENSAYO DE CORTE DIRECTO

ENS

AYO

DE

2


ENSAYO DE CORTE DIRECTO

I.- INTRODUCCION

- 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.

- 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.


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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.


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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

básicamente, el ensayo consiste en colocar el suelo en una caja metálica

compuesta de dos marcos (superior e inferior) que no se encuentran en

contacto, es decir, que la mitad de la muestra está en marco y luego

aplicar dos fuerzas:

a) Fuerza normal


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b) Fuerza creciente horizontal aplicada en el marco superior en dirección

paralela al plano de separación hasta que se produzca el deslizamiento

relativo a lo largo de la superficie de separación.

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/cm2 ) 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).


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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.

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


MUESTRA 1Numero de anillo : 16

Peso del anillo : 80.19 gr

Peso del anillo + muestra humeda natural : 321.5 gr

Peso de muestra seca :

% Humedad :

Diametro : 7.16 cm

Area del anillo : cm2

Altura del anillo : 3.45 cm2

Volumen del anillo : cm3

Densidad seca :

Esfuerzo Normal : 0.50 kg/cm2

K (constante) : 1.6129

TIEMPO DIAL HORIZONTA

L

DESPLAZ. HORIZONTA

L

DIAL DE CARGA

FUERZA DE CORTE

ESFUERZO CORTANTE

00'00'' 10.00 0.00

15'' 9.35 8.90

30'' 8.35 14.30

45'' 7.40 15.40

01'00'' 6.40 15.00

15'' 5.35 14.90

30'' 4.35 14.90

45'' 3.40 14.90

02'00'' 2.70 14.00

15'' 14.00

30'' 14.00

45''


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MUESTRA 2

Numero de anillo : 22




% Humedad :

Diametro : 7.19 cm


Altura del anillo : 3.45 cm


Densidad seca :



TIEMPO DIAL HORIZONTAL

DESPLAZ. HORIZONTAL

DIAL DE CARGA

FUERZA DE CORTE

ESFUERZO CORTANTE

00'00'' 10.00 0.00

15'' 9.30 8.40

30'' 8.30 10.20

45'' 7.30 11.10

01'00'' 6.25 11.20

15'' 5.35 11.40

30'' 4.38 12.00

45'' 3.35 12.10

02'00'' 2.30 12.00

15'' 11.90

30'' 11.90

45'' 11.40

03'00''


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MUESTRA 3




Peso de muestra seca : gr

% Humedad :

Diametro : 7.14 cm




Densidad seca :



TIEMPODIAL

HORIZONTAL

DESPLAZ. HORIZONTA

L

DIAL DE CARGA

FUERZA DE CORTE

ESFUERZO CORTANTE

00'00'' 10.00 0.00

15'' 9.35 12.20

30'' 8.42 18.20

45'' 7.34 19.50

01'00'' 6.25 19.70

15'' 5.20 20.00

30'' 4.20 20.00

45'' 3.18 20.00

02'00'' 2.15 20.00

15'' 20.00

30'' 20.00

45'' 20.00

03'00''


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VII.TABLA DE DATOS CALCULADOS

ENSAYO DE CORTE DIRECTOMUESTRA 1





% Humedad :

Diametro : 7.16 cm

Area del anillo : 40.264 cm2


Volumen del anillo : 138.911 cm3

Densidad seca :



TIEMPO DIAL HORIZONTALDESPLAZ.

HORIZONTALDIAL DE CARGA FUERZA DE CORTE ESFUERZO CORTANTE

00'00'' 10.00 0.00 0.00 0.000 0.000 0.00015'' 9.35 0.65 8.90 14.355 0.357 0.71330'' 8.35 1.65 14.30 23.064 0.573 1.14645'' 7.40 2.60 15.40 24.839 0.617 1.234

01'00'' 6.40 3.60 15.00 24.194 0.601 1.20215'' 5.35 4.65 14.90 24.032 0.597 1.19430'' 4.35 5.65 14.90 24.032 0.597 1.19445'' 3.40 6.60 14.90 24.032 0.597 1.194

02'00'' 2.70 7.30 14.00 22.581 0.561 1.12215'' 14.00 22.581 0.561 1.12230'' 14.00 22.581 0.561 1.12245''



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% Humedad :

Diametro : 7.19 cm


Altura del anillo : 3.45 cm


Densidad seca :



TIEMPO DIAL HORIZONTAL DESPLAZ. HORIZONTAL DIAL DE CARGA FUERZA DE CORTE ESFUERZO CORTANTE

00'00'' 10.00 0.00 0.00 0.000 0.000 0.00015'' 9.30 0.70 8.40 13.548 0.334 0.33430'' 8.30 1.70 10.20 16.452 0.405 0.40545'' 7.30 2.70 11.10 17.903 0.441 0.441

01'00'' 6.25 3.75 11.20 18.064 0.445 0.44515'' 5.35 4.65 11.40 18.387 0.453 0.45330'' 4.38 5.62 12.00 19.355 0.477 0.47745'' 3.35 6.65 12.10 19.516 0.481 0.481

02'00'' 2.30 7.70 12.00 19.355 0.477 0.47715'' 11.90 19.194 0.473 0.47330'' 11.90 19.194 0.473 0.47345'' 11.40 18.387 0.453 0.453



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Peso de muestra seca : gr

% Humedad :

Diametro : 7.14 cm




Densidad seca :



TIEMPO DIAL HORIZONTALDESPLAZ.

HORIZONTALDIAL DE CARGA FUERZA DE CORTE ESFUERZO CORTANTE

00'00'' 10.00 0.00 0.00 0.000 0.000 0.00015'' 9.35 0.65 12.20 19.677 0.491 0.32830'' 8.42 1.58 18.20 29.355 0.733 0.48945'' 7.34 2.66 19.50 31.452 0.786 0.524

01'00'' 6.25 3.75 19.70 31.774 0.794 0.52915'' 5.20 4.80 20.00 32.258 0.806 0.53730'' 4.20 5.80 20.00 32.258 0.806 0.53745'' 3.18 6.82 20.00 32.258 0.806 0.537

02'00'' 2.15 7.85 20.00 32.258 0.806 0.53715'' 20.00 32.258 0.806 0.53730'' 20.00 32.258 0.806 0.53745'' 20.00 32.258 0.806 0.537


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VIII.GRAFICOS

MUESTRA 1

MUESTRA 2


1 2 3 4 5 6 7 8 90.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

CORTE DIRECTO

Desplazamiento Horizontalσ = 0.50 kg/cm2

Esfu

erzo

Cor

tant

e(k

g/cm

2)

1 2 3 4 5 6 7 8 90.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

CORTE DIRECTO


Esfu

erzo

Cor

tant

e(k

g/cm

2)

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MUESTRA 3


1 2 3 4 5 6 7 8 90.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.7000.8000.900

CORTE DIRECTO


Esfu

erzo

Cor

tant

e(k

g/cm

2)

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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

0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.600.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

f(x) = 0.188761915586422 x + 0.445644298523497

DIAGRAMA ENVOLVENTE DE MORH

ESFUERZO NORMAL

ESFU

ERZO

CO

RTAN

TE


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IX. REGRESION LINEAL PARA EL ENSAYO DE CORTE

ESF. NORMAL

ESF. CORTANTE

X Y XY X2 Y2

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

Σ 3.00 1.903 1.998 3.500 1.261

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°

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.

- 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


Ilustración 1: Anillos a utilizar. Ilustración 2: Pesando y midiendo anillo.

Ilustración 3: Muestra inalterada.

Ilustración 4: Muestra inalterada + anillo.

Ilustración 5: Haciendo molde de la muestra. Ilustración 6: Tallando muestra.

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Ilustración 7: Muestra final. Ilustración 8: Pesando Muestra.

Ilustración 9: Muestras a utilizar.

Ilustración 11: Tomando datos del ensayo.

Ilustración 10: Equipo de Cizalladura Directo.

Ensayo de Corte Directo

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