UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR NESTOR CACERES CACERES VELASQUEZ VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIAS Y CIENCIAS PURAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
Curso: Estabilidad de Taludes y Empuje Docente: Ing. Rina L. Yampara Ticona Tema: INFORME 01: ENSAYO DE COMPRESION SIMPLE INFORME 02: ENSAYO DE CORTE DIRECTO Estudiante:
MAMANI MAMANI , René Oswaldo BELTRAN NUÑEZ , Carlos Albert Valentino AVILA TICONA , Jhon Alvaro AVILA HANCCO , Max Giver Michael ITO MAMANI , Johan Edwar CONDORI LIMA , Edy Cristian
CANAZA MAMANI , Joel Roscelyn
Semestre: IX “B” 2016 -II
Juliaca – Perú 2016
INTRODUCCIÓN La evaluación de la resistencia al esfuerzo normal y cortante del suelo, permite cuantificar parámetros necesarios para solucionar problemas relacionados con la resistencia del terreno, que nos permite analizar problemas de la estabilidad de suelos tales como: el estudio de estabilidad de taludes para carreteras, la determinación de la capacidad de soporte
en
cimentaciones,
la
presión
lateral
sobre
estructuras de retención de tierras. En presente trabajo realizado por nosotros, alumnos de la Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez, de la Escuela
Profesional de Ing. Civil, en donde presentamos
uno de los ensayos
para determinar la resistencia al
esfuerzo cortante de suelo, como es el ensayo de corte directo que es un ensayo más preciso que el ensayo de compresión simple pero poco menos que el ensayo de compresión triaxial, pero su estudio es indispensable ya que los resultados son aproximados y nos pueden dar una idea del
comportamiento
de
suelo
al
ser
sometido
a
esfuerzos(cortante y normal), a continuación aremos un ensayo con un tipo de suelo utilizando este tipo de ensayo y observaremos los resultados.
1. OBJETIVOS 1.1 Objetivo General Asimilar el procedimiento que se debe desarrollar para la
determinación de la resistencia al corte de un suelo, conforme a la norma ASTM D3080-98.
1.2 Objetivo Especifico
Determinación de parámetros de resistencia cortante de y C.
2. MARCO TEÓRICO 2.1 CORTE DIRECTO El ensayo de corte directo consiste en hacer deslizar una porción de suelo, respecto a otra a lo largo de un plano de falla predeterminado mediante la acción de una fuerza de corte horizontal incrementada, mientras se aplica una carga normal al plano del movimiento.
2.2 APLICABILIDAD EN LAS ESTRUCTURA
Estabilidad de taludes
Carreteras
Puentes
Cimentaciones
2.3 PRINCIPIO DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO
Los aspectos del corte que nos interesa cubrir pueden dividirse en cuatro categorías: a) Resistencia al corte de un suelo no cohesivo (arenas y gravas) que es prácticamente independiente del tiempo. b) Resistencia al corte drenado para suelos cohesivos, en que el desplazamiento debe ser muy lento para permitir el drenaje durante el ensayo. c) Resistencia al corte residual, drenado, para suelos tales como arcillas en las que se refieren desplazamientos muy lentos y deformaciones muy grandes. d) Resistencia al corte para suelos muy finos bajo condiciones no drenadas en que el corte es aplicado en forma rápida.
2.4 ENSAYOS DE RESISTENCIA AL ESFUERZO DE CORTE EN SUELOS Los tipos de ensayos para determinar la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos en Laboratorio son: Corte Directo,
Compresión Triaxial,
Compresión Simple. Durante muchos años, la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante fue prácticamente la única usada para la determinación de la resistencia de los suelos: hoy, aún cuando conserva interés práctico debido a su simplicidad, ha sido sustituida en buena parte por las pruebas de compresión Triaxial.
2.5 CLASIFICACIÓN DE ENSAYOS DE CORTE DIRECTO 2.5.1 Ensayos no consolidados – no drenados El corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga normal (vertical). Si el suelo es cohesivo, y saturado, se desarrollará exceso de presión de poros. Este ensayo es análogo al ensayo Triaxial no consolidado – drenado.
2.5.2 Ensayos consolidados – no drenados Se aplica la fuerza normal, se observa el movimiento vertical del deformímetro hasta que pare el asentamiento antes de aplicar la fuerza cortante. Este ensayo puede situarse entre los ensayos triaxiales consolidado – no drenado y consolidado – drenado.
2.5.3 Ensayos consolidados – drenados La fuerza normal se aplica, y se demora la aplicación del corte hasta que se haya desarrollado todo el asentamiento; se aplica a continuación la fuerza cortante tan lento como sea posible para evitar el desarrollo de presiones de poros en la muestra. Este ensayo es análogo al ensayo Triaxial consolidado – drenado.
Para suelos no cohesivos, estos tres ensayos dan el mismo resultado, esté la muestra saturada o no, y por supuesto, si la tasa de aplicación del corte no es demasiado rápida. Para materiales cohesivos, los parámetros de suelos están marcadamente influidos por el método de ensayo y por el grado de saturación, y por el hecho de que el material esté normalmente consolidado o sobre consolidado. Generalmente, se obtienen para suelos sobre consolidados dos conjuntos de parámetros de resistencia: un conjunto para ensayos hechos con cargas inferiores a la presión de pre consolidación y un segundo juegos para cargas normales mayores que la presión de reconsolidación. Donde se sospeche la presencia de esfuerzo de pre consolidación en un suelo cohesivo sería aconsejable hacer seis o más ensayos para garantizar la obtención de los parámetros adecuados de resistencia al corte.
2.6 FUNDAMENTOS PARA EL ANÁLISIS DEL ENSAYO
LEY DE
–
COULOMB El ensayo de corte directo impone sobre un suelo las condiciones idealizadas del ensayo. O sea, induce la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado. Sobre este plano actúan dos fuerzas (o esfuerzos): un esfuerzo normal debido a una carga vertical ( ) aplicada externamente y un esfuerzo cortante debido a la aplicación de una carga horizontal ( Ph). Estos esfuerzos se calculan simplemente como:
Donde A es el área nominal de la muestra (o de la caja de corte) y usualmente no se corrige para tener en cuenta el cambio de área causada por el desplazamiento lateral de la muestra (Ph).La relación entre
los
esfuerzos
de
corte
de
falla ( ) y
los
esfuerzos
normales ( ) en suelos, se muestra en la figura 5.21 y puede representarse por la ecuación siguiente:
Fig. Relación entre los esfuerzos de corte máximo y los esfuerzos normales. La línea recta obtenida se conoce como Envolvente de falla.
a) Cohesión: La cohesión del suelo es la cualidad por la cual las partículas del terreno se mantienen unidas en virtud de fuerzas internas, que dependen, entre otras cosas, del número de puntos de contacto que cada partícula tiene con sus vecinas. En consecuencia, la cohesión es mayor cuanto más finas son las partículas del terreno.
b) Angulo de fricción: Es la fricción interna de un suelo, está definida por el ángulo cuya tangente es la relación entre la fuerza que resiste el deslizamiento, a lo largo de un plano, y la fuerza normal "p" aplicada a dicho plano. Los valores de este ángulo llamada "angulo de fricción interna" f, varían de practicamente 0º para arcillas plasticas, cuya consistencia este próxima a su límite líquido, hasta 45º o más, para gravas y arenas secas, compactas y de paratículas angulares. Generalmente, el ángulo f para arenas es alrededor de 30º.
3. EJEMPLO DE APLICACIÓN 3.1 EQUIPOS Y MATERIALES
Muestra de suelo (inalterada)
Equipo de Corte Directo: (Deformimetros, para medir la carga de fuerza normal y de corte, bando de ensayo, carro deslizable, celda de carga, brazo de carga normal, celda de medición)
Caja de corte, circular o cuadrada: Una caja de corte, ya sea circular o cuadrada, de acero inoxidable, bronce o aluminio; que permitirá el drenaje a través de la superior e inferior. La caja deberá estar verticalmente dividida por un plano horizontal en dos mitades de igual espesorque se ajustaran con tornillos de alineación (tornillos pasante) o con tornillos separadores que controlaran el espacio entre las mitades superior e inferior de la caja de corte.
Pistón de carga
Balanza
Piedras porosas, que permitan el drenaje de la muestra.
Horno de secado
Recipientes para muestra de humedad
Otros equipos: Espátula, cuchillo, enrasadores, agua destilada, y demás elementos necesarios.
3.2 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO
Medir el lado, la altura para sacar el volumen y el área del espécimen
Tallar la muestra en molde y registrar el peso de la muestra tallada más el anillo de corte para la determinación del contenido de humedad inicial.
Después del moldeado ensamblar la caja de corte y ajustar con los tornillos de sujeción para luego colocar la muestra dentro de la caja de corte con la ayuda del pistón de carga.
Llevar la caja de corte al equipo de corte, retirar los pernos de sujeción y sumergir de agua la caja de corte.
Colocar la carga normal sobre la muestra con un peso establecido de ajustar el deformímetro en cero, dejar pasar 24 horas.
1 kg,
Después de 24 horas realizar las lecturas de desplazamiento horizontal.
Luego aumentar la carga normal sobre la muestra con un peso establecido de
2
kg, ajustar el deformímetro en cero, dejar pasar 24 horas.
Después de 24 horas realizar las lecturas de desplazamiento horizontal.
Luego aumentar la carga normal sobre la muestra con un peso establecido de
3
kg, ajustar el deformímetro en cero, dejar pasar 24 horas.
Después de 24 horas realizar las lecturas de desplazamiento horizontal y retiramos la muestra del equipo de corte para luego sacar el contenido de humedad final.
Con los datos obtenidos hallamos la fuerza cortante multiplicando el dial de carga con el factor que es el de la constante de anillo del equipo de corte, y hallamos el esfuerzo de corte.
Graficamos esfuerzo corte VS deformación tangencial para sacar carga horizontal máxima de cada espécimen.
Posterior a ello se hará otro gráfico de esfuerzo de corte vs esfuerzo normal el que está dado por las siguientes cargas 1, 2, 3 kg/cm , con este grafico obtendremos la cohesión (C) y el ángulo de fricción.
3.3 DATOS Y RESULTADOS
Deform. Tangencial (mm)
Dial de Carga
Fuerza Cortante (Kg)
Esfuerzo de Corte (Kg/cm2)
0.00
Deform. Tangencial (mm)
Dial de Carga
Fuerza Cortante (Kg)
Esfuerzo de Corte (Kg/cm2)
0.00
Deform. Tangencial (mm)
Dial de Carga
Fuerza Cortante (Kg)
Esfuerzo de Corte (Kg/cm2)
0.00
0.10
6.00
6.00
0.060
0.10
3.00
3.00
0.030
0.10
1.00
1.00
0.010
0.20 0.30
8.00 9.00
8.00 9.00
0.080 0.090
0.20 0.30
4.00 5.00
4.00 5.00
0.040 0.050
0.20 0.30
3.50 5.00
3.50 5.00
0.035 0.050
0.40
10.80
10.80
0.108
0.40
7.00
7.00
0.070
0.40
6.00
6.00
0.060
0.60
12.00
12.00
0.120
0.60
12.00
12.00
0.120
0.60
8.00
8.00
0.080
0.80
16.00
16.00
0.160
0.80
16.20
16.20
0.162
0.80
18.00
18.00
0.180
1.00
20.00
20.00
0.200
1.00
19.00
19.00
0.190
1.00
23.90
23.90
0.239
1.25
22.00
22.00
0.220
1.25
20.00
20.00
0.200
1.25
27.10
27.10
0.271
1.50
25.00
25.00
0.250
1.50
23.50
23.50
0.235
1.50
27.90
27.90
0.279
1.75 2.00
26.40 28.00
26.40 28.00
0.264 0.280
1.75 2.00
26.30 28.80
26.30 28.80
0.263 0.288
1.75 2.00
31.00 34.30
31.00 34.30
0.310 0.343
2.25
29.00
29.00
0.290
2.25
30.10
30.10
0.301
2.25
38.40
38.40
0.384
2.50 2.75
29.90 30.00
29.90 30.00
0.299 0.300
2.50 2.75
31.30 32.50
31.30 32.50
0.313 0.325
2.50 2.75
41.00 42.90
41.00 42.90
0.410 0.429
3.00
31.90
31.90
0.319
3.00
34.00
34.00
0.340
3.00
44.40
44.40
0.444
3.50
33.00
33.00
0.330
3.50
36.20
36.20
0.362
3.50
47.50
47.50
0.475
4.00
32.00
32.00
0.320
4.00
39.00
39.00
0.390
4.00
50.00
50.00
0.500
4.50
4.50
40.50
40.50
0.405
4.50
52.10
52.10
0.521
5.00
5.00
5.00
54.00
54.00
0.540
5.50
5.50
5.50
6.00
6.00
6.00
ESFUERZO vs DEFORMACION ) 0.50 2 M C / 0.40 G K ( E 0.30 T R O C 0.20 E D O0.10 Z R E U F 0.00 S E
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
DEFORMACIÓN TANGENCIAL (MM) 1 kg
2 kg
3 kg
5.00
6.00
ESFUERZO DE CORTE vs ESFUERZO NORMAL ) 0.70 2 M0.60 C / G0.50 K ( E T 0.40 R O C 0.30 E D O0.20 Z R E 0.10 U F S 0.00 E
0
0.5
1
1.5
2
2.5
ESFUERZO NORMAL (KG/CM2)
3
3.5
4
3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
Se concluye que se asimilaron conceptos del ensayo de corte directo.
Este ensayo de corte directo no es tan completo como el ensayo de corte triaxial.
Este ensayo es aplicable para con las estructuras que presentan fuerza horizontal.
Un ensayo de corte directo es mucho más
costoso que un
ensayo de compresión simple y no mas caro que el ensayo triaxial.
RECOMENDACIONES
Se recomienda como minimo hacer un ensayo de corte directo y no compresión simple.
BIBLIOGRAFIA. Manual de laboratorio de Ing. Marco Hoyos Saucedo. Salvador Ricardo – Montero Juan Carlos, Manual de Ensayos de
Mecánica de Suelos, 200. Das Braja M., Soil Mechanics Laboratory Manual, 1997. Lambe T. William – Whitman Robert V., Mecánica de Suelos, Instituto
Tecnológico de Massachusetts, 1994.
