El ensayo está 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 "ueda a criterio del constructor. Se recomienda usar #alores de $0%& 100%& 1$0% y '00% del #alor de terreno. Es decir si la estructura descar(a en su )undacin una tensin de compresin de ' +,(-cm/ se recomienda usar #alores de 1'3 y +2(-cm'/ lo "ue traducido a pesos si(ni)ican 100 '00 300 y 00 2( respecti#amente. respecti#amente. 7.1 Aparatos
-
-
Má"uina de corte irecto.
-
-
4aja de corte directo.
Fig. 5.25 Placas de la caja de corte
7.2 Preparación de la muestra
El procedimiento depende del tipo de suelo y de las condiciones en "ue será ensayado. El tama5o má6imo de las part7culas para la caja de 10 cm de lado es de 33$ mm. - Arena Seca
Se ensaya (eneralmente a una densidad predeterminada la muestra se prepara colocando el material en la caja de corte y compactándola en ella el peso de la muestra se calcula por di)erencia di)erencia entre el peso de la caja con muestra y el peso de la caja #ac7a. El ni#el a "ue se coloca es del orden de $ mm por deajo del ni#el superior. 4olo"ue la placa ranurada en la super)icie de la muestra con las ranuras en direccin perpendicular al mo#imien mo#imiento. to.
Mida la la distancia distancia entre entre el el orde orde superior superior de la caja caja y la super)i super)icie cie de la placa placa en las las cuatro cuatro es"uinas es"uinas o
en el centro de los cuatro lados el promedio de estos #alores lo llamaremos X.
etermine la altura de la muestra a partir de la e6presin si(uiente9 H = B - ( t 1 + 2t2 + X ) [cm]
onde :
9 Altura total de la caja
t'
9 p ; n"r-L
< Arena seca densa Se recomienda #irar la muestra al interior de la caja. < Arena seca suelta ejar caer la muestra desde una pe"ue5a altura en el interior de la caja. E#ite (olpear la caja al instalarla puesto "ue la arena suelta es muy sensile a los (olpes. < Arena saturada En estas condiciones a(re(ue a(ua a la muestra y col"uela en la caja. =o se dee otener densidades ajas slo densidades medias o altas. 7.3 Procedimiento de ensayo -
Suelo no cohesivo
< >esar un plato (rande de arena seca +o mojada con el contenido de ?umedad conocido con e6actitud/ con su)iciente material para ?acer por lo menos tres ensayos a la misma densidad. < Ensamlar cuidadosamente la caja de corte +retroceder cual"uier separacin e6istente entre las partes de la caja y los tornillos de empalme/ y )ijar la caja en posicin. @tener la seccin trans#ersal A de la muestra. < 4olocar cuidadosamente la arena en la caja de corte ?asta cerca de $ mm del orde de la super)icie del anillo y colocar el pistn de car(a +incluyendo la piedra porosa/ sore la super)icie del suelo. Tomar un ni#el pe"ue5o y #eri)icar la ni#elacin del pistn o lo"ue de car(a. >esar el recipiente de la arena para determinar el peso e6acto del material utilizado en la muestra. @tener a continuacin una re)erencia del espesor de la muestra de suelo marcando en #arios puntos el orde del pistn o lo"ue de car(a alrededor del per7metro con respecto a la altura de la caja de corte.
Ejemplo
t 1.B' (-cm3 Columen de la caja 3D$.8 cm3 Entonces la masa de ensayo será de 0'. (
< Aplicar la car(a normal Pv deseada y colocar el dial para determinar el desplazamiento #ertical +con precisin de 001 mm por di#isin/. Fecordar incluir el peso del pistn de car(a y la mitad superior de la caja de corte como parte del peso Pv .
< Separar dos partes de la caja de corte desplazando los tornillos espaciadores "ue se encuentran en la parte superior de la caja de corte. El espacio desplazado deer7a ser li(eramente superior +al ojo/ "ue el tama5o más (rande de part7culas presente en la muestra. A continuacin se dee )ijar el lo"ue de car(a apretando los tornillos de )ijacin pro#istos para tal propsito a los lados de la parte superior de la caja de corte. Gnmediatamente despuHs de separar los tornillos espaciadores de manera "ue se liere la parte in)erior de la caja de corte& en este momento la car(a normal la mitad de la car(a de la caja de corte y el lo"ue o pistn de car(a se encuentran actuando sore la muestra de suelo. < Ajustar el de)orm7metro de carátula +001 mm-di#isin/ para medir el desplazamiento en cortante. < >ara ensayos saturados saturar la muestra llenando la caja de muestra y permitiendo transcurrir su)iciente tiempo para "ue ten(a lu(ar la saturacin. Ase(urarse de "ue las piedra porosas "ue se encuentran en la caja de corte estHn saturadas si el suelo al ensayarse contiene al(una ?umedad. <
4omenzar la car(a ?orizontal +cortante/ y tomar lecturas del de)orm7metro de car(a del de)orm7metro de desplazamiento cortante y del de)orm7metro #ertical +camio de #olumen/. Si el ensayo es de tipo de)ormacin unitaria controlada se deen tomar esas lecturas a desplazamientos ?orizontales de9$ 10 y cada 10 '0 unidades de desplazamiento ?orizontal. Itilizar una tasa de de)ormacin unitaria del orden de 0$ a no más de ' mm-min. =o utilizar tasas de de)ormacin unitaria más rápidas pues e6iste el peli(ro de "ue se presente el pico de car(a cortante entre dos lecturas. La tasa de de)ormacin unitaria deer7a ser tal "ue la muestra )alle! entre 3 y $ min.
< Fetirar la arena de la caja de corte y repetir los pasos 1 a 8 sore por lo menos dos muestras adicionales y a una densidad ojalá dentro de los $ ( y no más de 10 ( respecto a la cantidad de suelo usada en el primer ensayo. Ase(urarse de "ue la arena ocupe el mismo #olumen utilizando las marcas de re)erencia del paso =J 3. En el paso anterior usar un #alor di)erente de Pv para cada ensayo +se su(iere dolar la car(a e6terior por ejemplo 8 1D 2( más el peso del lo"ue o pistn de car(a para esos tres ensayos $ 10 '0 2( etc./.
Fig. 5.26 Detalles del ensayo y la caja de corte directo
En la )i(ura $.'D se aprecian los si(uientes componentes9 +a/e)orm7metro para medir desplazamientos #erticales +/arra de car(a +c/pasadores de alineacin +d/tornillos para separar las partes de la caja de corte +e/ordes estr7ados para retener la muestra +)/espacio mayor "ue el tama5o de la má6ima part7cula en la muestra +(/ e)orm7metro +?/ jue(o de tornillos para )ijar en posicin la caeza de car(a. - Suelo cohesivo
<
Moldear cuidadosamente tres o cuatro muestras al mismo tama5o +y ojalá a la misma densidad/ tomadas de una muestra de lo"ue (rande o de una muestra de tuo o de cual"uier otro tipo de )uente. Itilizar un anillo cortante de manera "ue el tama5o pueda ser controlado astante apro6imadamente. 4ual"uier muestra con un peso aprecialemente di)erente de las otras dee descartarse y en su lu(ar moldear otra muestra. KuH constituye apreciale! comparado con el tama5o de la muestra +del orden de $ cm 6 '0 a '$ mm de espesor/ es un asunto de criterio personal Nota: Se pueden necesitar seis muestras si el suelo está inalterado y preconsolidado. Mantener las muestras en
amiente de ?umedad controlada mientras se ?ace el moldeo la preparacin de la má"uina de corte y los demás tipos de ensayo. < Fetroceder la separacin y el a(arre de los tornillos (u7a en la parte superior de la caja de corte y ensamlar las dos partes. Ase(urarse de "ue las piedras porosas están saturadas a menos "ue se #aya a ensayar un suelo seco. Medir las dimensiones de la caja de corte para calcular el área de la muestra. < 4olocar cuidadosamente la muestra dentro de la caja de corte. La muestra dee ajustar per)ectamente en la caja y llenarla ?asta cerca de $ mm de la parte superior de la caja de corte. 4olocar el lo"ue o pistn de car(a en su sitio sore el suelo la car(a normal Pv y ajustar el de)orm7metro de carátula #ertical. >ara un ensayo consolidado es necesario controlar el de)orm7metro #ertical i(ual "ue para el ensayo de consolidacin para determinar cuando la consolidacin ?aya terminado.
< Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una pe"ue5a separacin apenas mayor "ue el tama5o de la part7cula más (rande presente en el suelo retroceder los tornillos de separacin y empalmar la caeza de car(a en su sitio utilizando los tornillos )ijos para tal propsito. Ase(urarse de "ue la car(a normal re)leje la )uerza normal más el peso del lo"ue de car(a y la mitad superior de la caja de corte. Ser e6tremadamente cuidadoso al separar la caja de corte cuando se ensaya una arcilla landa por"ue parte del material puede ser e6truido )uera de la caja por la zona de separacin < utilizar en esos casos car(as #erticales pe"ue5as y-o ?acer si puede re"uerir el ?acer la consolidacin antes de la separacin de cajas. < Acoplar el de)orm7metro de de)ormacin constante )ijar en cero tanto el de)orm7metro ?orizontal como el #ertical. >ara ensayos saturados es necesario llenar la caja de corte con a(ua y esperar un tiempo razonale para "ue se produzca la saturacin de la muestra. < 4omenzar la car(a ?orizontal +cortante/ y tomar lecturas del de)orm7metro de car(a desplazamiento de corte y desplazamientos #erticales +de camio de #olumen/. Si el ensayo se ?ace a de)ormacin unitaria controlada tomar estas lecturas a desplazamientos ?orizontales de $ 10 y cada 10 '0 unidades del de)orm7metro de desplazamiento ?orizontal. Itilizar una tasa de de)ormacin unitaria del orden de 0.$ a no más de ' mm-min. =o utilizar tasas de de)ormacin unitaria demasiado altas ya "ue es posile "ue la car(a pico de corte estH entre dos lecturas. La tasa de de)ormacin unitaria deer7a ser tal "ue la muestra )alle! en $ a 10 min a menos "ue el ensayo sea de tipo con drenaje. >uede ?acerse una (rá)ica de la lectura de de)ormacin #ertical contra el lo( del tiempo similar a la del ensayo de consolidacin del suelo. < Femo#er el suelo y tomar una muestra para contenido de ?umedad. Fepetir los pasos ' a D para dos o más muestras adicionales. Si el suelo está preconsolidado y se utilizan seis muestras para el ensayo es preciso ase(urarse de utilizar un ran(o de tres car(as normales a cada lado del es)uerzo de preconsolidacin. 8 !lculos
Los si(uientes cálculos son aplicales tanto a suelos co?esi#os como a suelos no co?esi#os. "ensidad de la muestra: Si durante el ensayo ocurren asentamientos importantes la densidad #ar7a de la
a.
si(uiente )orma9 γ
=
H
x H!
N9
ensidad en )uncin del asentamiento.
O 9 Altura inicial de la muestra P 9 Asentamiento +e)ormacin #ertical/ 0
9
ensidad inicial
b. Calculo de Esuer!os nor"ales
" = P#
0
$
onde9 P# 4ar(a aplicada normal
A Area de la muestra +100 cm'/
Los es)uerzos normales con los "ue se traajará son9 Q =1 0 '$ +,(-cm'/
Q =' 100 +,(-cm'/
Q =3 .0 +,(-cm'/
c. Calculo del Esuer!o Cortante #lt$"o τ
=
T A
T Ruerza rasante dada por el anillo de car(a d.
onstruir la #nvolvente de $alla
< iujar el #alor del es)uerzo cortante contra el es)uerzo =ormal. < Trazar una l7nea recta a tra#Hs de los puntos diujados. < @tener el intercepto de co?esin +si e6iste/ con el eje ordenado y medir la pendiente de la l7nea para otener el án(ulo de )riccin interno. e. "e%ormación &nitaria
< iujar una cur#a de es)uerzo de de)ormacin Initaria contra es)uerzo cortante. < Entre(ar el dato de de)ormacin má6ima en mil7metros
%. #s%uer'os de corte y cam(ios de volumen
4on)eccione un (rá)ico "ue lle#e en las ascisas el desplazamiento y en las ordenadas los es)uerzos de corte. Isando la misma escala para los desplazamientos ?orizontales con)eccione otro (rá)ico lle#ando en las ordenadas los camios de #olumen. Las cur#as para un set de ensayos deen ir en un solo (ra)ico como se indica en la )i(ura $.'. ). #nvolvente de oulom(
4on)eccione un (rá)ico lle#ando en las ordenadas el es)uerzo de corte de )alla y en ascisas los es)uerzos normales. Las escalas #ertical y ?orizontal deen ser las mismas. iuje una l7nea "ue represente a los puntos del (rá)ico. Si el suelo es (ranular y no co?esi#o esta recta deer7a pasar por el ori(en +c0/ "ue puede considerarse como otro punto del ensayo. Esta recta es la llamada en#ol#ente de )alla o de 4oulom.
etermine la inclinacin de esta recta %tg &'( "ue indica el án(ulo de )riccin interna. etermine la interceccin con el eje #ertical "ue nos indica la co?esin del suelo.
Fig. 5.2) *r+,icos t-icos ara /n ensayo de corte
