UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil LABORATO LABO RATORIO RIO GEOTÉCN GEOTÉCNICO ICO - CISMI CISMID D DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN EQUIPO DE CORTE DIRECTO PARA SUELOS GRAVOSOS EN EL LABORATORIO
Ing. Daniel Basurto CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES CISMID
INTRODUCCIÓN
El ensayo de corte directo es comúnmente usado en nuestro medio por los diferentes laboratorios geotécnicos, para para determ determina inarr la resist resistenc encia ia cortan cortante te de los suelos suelos.. Estos ensayos son ejecutados siguiendo los procedimientos descritos descritos en la Norma ASTM D 3080.
¿Pero, que sucede si al analizar la zona de emplazamiento de una cimentación o al realizar el estudio de esta stabili bilida dad d de un talu talud d, enco encont ntra ramo moss ter terren renos aluvionales y fluviales constituidos por materiales gruesos como bolones y gravas inmersos en una matriz mas fina que puede estar constituida por arenas, limos y arcillas, como omo parte arte de su gran granu ulome lometr tría ía repres presen enta tatitivva?. a?. Gener Generalme almente nte en estos estos casos casos parti particul culare aress se utiliz utilizan an valores asumidos o inferidos de los parámetros c y Φ que se referencian en los diversos textos o artículos técnicos.
OBJETIVO DE LA INVETIGACIÓN
Diseño, Diseño, construcció construcción n e implementa implementación ción del equipo de corte de a gran escala escala de 0.60x0.60x0.60m, para la cuantificación de los parámetros de resistencia cortante de los suelos gravosos.
Formular especificaciones especificaciones generales que se deben tener en cuenta para realizar el ensayo de Corte Directo a Gran Escala.
ESQUEMA TÍPICO DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN ARENAS N
Esfuerzo Cortante.
=c+
.tan
4
R
3 2
T
T
1
1
a
3
2
4
Esfuerzo Normal
b
a) Esquema del equipo de ensayo b) Gráfico para obtener el ángulo de fricción .
LABORATORIO GEOTÉCNICO
ENSAYO DE CORTE “IN-SITU”
ENSAYO DE CORTE “IN-SITU”
ESQUEMA DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO PARA SUELOS GRAVOSOS Viga de Reacción Celda de Carga Gata Hidraúlica para Carga Axial Equipo de Extensión
Deformímetros
Adquisidor Automático de Datos
Caja Metálica del Equipo de Corte
Celda de Carga Extensión de Apoyo (Reacción)
Gata Hidraúlica para Fuerza Tangencial
Soporte (Mesa Metálica)
FIGURA 1: ESQUEMA DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO A GRAN ESCALA
ESQUEMA DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO PARA SUELOS GRAVOSOS
ESQUEMA DE CAJA DE CORTE Plancha de presión.
Carga vertical.
Dial para medir desplazamiento vertical.
Plancha de Transmisión axial.
Rodillo intermedio de presión.
Aplicación de la carga de corte.
Dial para medir desplazamiento de corte.
Tornillo para fijar caja metálica.
Reacción.
Muestra.
IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTACIÓN DE LA ESTACIÓN EXPERIMENTAL (Patio del Laboratorio Geotécnico CISMID)
IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTACIÓN DE LA ESTACIÓN EXPERIMENTAL
IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTACIÓN EXPERIMENTAL
CONSTRUCCIÓN DE CAJA DE CORTE Y SOPORTE
TRASLADO DE LA CAJA DE CORTE Y SOPORTE
INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y SOPORTE
CAJA DE CORTE
TECLE (CAP. = 1 TON) MESA METÁLICA (SOPORTE)
INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y SOPORTE
CAJA INFERIOR (70X60X30 cm) CAJA SUPERIOR (60X60X30 cm)
DISPOSITIVOS DE RODAMIENTO (diam.= 5mm )
INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y SOPORTE
DESFASE (10 cm)
SOPORTE DE REACCIÓN
INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y SOPORTE
RODILLOS
PLANCHA METÁLICA SUP.
(Diam. 11/2”)
PLANCHA METALICA INF.
INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y SOPORTE
EQUIPOS Y DISPOSITIVOS
02 CELDAS DE CARGA Type CLU-50A • Marca “Tokyo Sokki Kenkuyo Co., Ltd” • Capacidad 50 tn • Sensitivity ± 2,0 mV/V
01 ADQUISIDOR DE DATOS (Data Logger TDS – 301) • Marca “Tokyo Sokki Kenkuyo Co., Ltd” Sensitivity ± 0.05% of readings •
06 DEFORMÍMETROS • Marca “Tokyo Sokki Kenkuyo Co., Ltd” • Carrera Máxima 50 mm • Sensibilidad ± 0.01 mm
02 GATAS HIDRAÚLICAS CON SUS RESPECTIVAS MANGUERAS E INYECTORES DE PRESIÓN.
•
Ma rc a “ Rik en Powe r”
•
Capacidad 35 ton
01 BALANZA MECÁNICA • Capacidad 160 kg • Sensibilidad ± 200 gr
EQUIPOS Y DISPOSITIVOS VIGA DE REACCIÓN ADQUISIDOR DE DATOS
CAJA DE CORTE BALANZA MECÁNICA
EQUIPOS Y DISPOSITIVOS ADQUISIDOR DE DATOS DEFORMÍMETROS CELDA DE CARGA
INYECTOR DE PRESIÓN
GATA HIDRAÚLICA
MATERIAL GRAVOSO
REMOLDEO DEL MATERIAL
REMOLDEO DE MATERIAL
PISON (25 kg.)
REMOLDEO DE MATERIAL
COLOCACIÓN DE CAPA DE ARENA (Espersor = 1 cm)
INSTALACIÓN DEL RODILLO Y PLANCHAS DE ACERO
INSTALACIÓN DE CARGAS VERTICAL
INSTALACIÓN DE LA CARGA VERTICAL VIGA DE REACCIÓN
CELDA DE CARGA
GATO HIDRAÚLICO
SOPORTE DE EXTENSIÓN
INSTALACIÓN DE LA CARGA HORIZONTAL
DISCOS DE ACERO GATA HIDRAÚLICO
CELDA DE CARGA
INSTALACIÓN DE DEFORMÍMETROS
DEFORMÍMETROS
ENSAYO DE CORTE DIRECTO A GRAN ESCALA
ENSAYO DE CORTE DIRECTO A GRAN ESCALA
ADQUISIDOR DE DATOS
RESULTADOS
GRAVAS DE LIMA
Material
: GP
Diámetro
Máximo: 4”
Densidad
de
Remoldeo: 2.15 tn/m3 Humedad:
0.4 %
GRAVAS DE LIMA M - 1a 2.5 0.50 kg/cm2
) 2
1.00 kg/cm2
m
c/ 2.0
2.00 kg/cm2
g k( -
et 1.5 r o C
e 1.0 d s o zr
e 0.5 uf s E 0.0
0
2
4
6
8
10
Deformación Horizontal (%)
12
14
GRAVAS DE LIMA M - 1a RESULTADOS
)
Esf. Máximos = 41.9 º c = 0.34 kg/cm 2 Esf. Residuales = 39.5 º c = 0.10 kg/cm 2
2
m c2.00 / g k ( - 1.50 e t r o C e1.00 d o z r e u0.50 f s E
Esfuerzos Máximos Esfuerzos Residuales
0.00 0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Esfuerzo Normal -
2.5 N
3.0
(kg/cm2)
3.5
4.0
GRAVAS DE LIMA CORTE DIRECTO "IN SITU" 1.6 1.4 m
²
)
1.2 k(
1.0 o
r
et
g
/
c
0.8 d
0.6 uf
e
zr
o
e
c
1.50 kg/cm².
0.4
0.50 kg/cm².
E
0.2
1.00 kg/cm².
s
0.0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Deformación horizontal (%)
10
11
12
CUADRO COMPARATIVO
MUESTRA CLASIFICACIÓN w (%) DENSIDAD c máx. n SECA (gr/cm ) (kg/cm ) (kg/cm ) (kg/cm ) SUCS
Ф
(°)
Laboratorio
GP
0,00
2,15
0,50 1,00 2,00
0,8 1,24 2,15
0,34
41,9
Laboratorio
GP
0,00
2,20
0,50 1,00 2,00
1,18 1,58 2,5
0,63
43,5
In situ
GP
-
-
0,50 1,00 1,50
0,75 1,32 1,52
0,27
43,5
CANTERA - ENROCADO
Material:
GW – GM
Diámetro
Máximo: 4”
Densidad
Seca de
Remoldeo: 1.97 tn/m3 Humedad:
2.5%
ESFUERZO – DEFORMACIÓN
ENVOLVENTE DE RESISTENCIA
DESMONTE DE MINA
Material:
GC
Diámetro
Máximo: 4”
Densidad
Seca de
Remoldeo: 2.3 tn/m3 Humedad:
5.4%
ESFUERZO – DEFORMACIÓN
ENVOLVENTE DE RESISTENCIA
RESULTADOS OBTENIDOS
MUESTRA CLASIFICACIÓN w (%) DENSIDAD c máx. n 3 2 2 SECA (gr/cm ) (kg/cm ) (kg/cm ) (kg/cm2) SUCS M-1a
M-1b
M-2
M-3
M-4
GP
GP
GW - GM
GC
GP-GM
0.00
0.00
2.50
5.40
1.60
2.15
2.20
1.97
2.30
1.98
0.50
0.8
1.00
1.24
2.00
2.15
0.50
1.18
1.00
1.58
2.00
2.5
0.50
0.87
1.00
1.43
2.00
2.68
0.50
0.89
1.00
1.15
2.00
2.08
0.50
0.56
1.00
1.1
2.00
1.98
Ф
(°)
0.34
41.9
0.63
43.5
0.27
50.0
0.30
42.0
0.13
43.0
VALORES TÍPICOS
Tipo de Suelo
Limo no plástico Arena uniforme fina a media Arena bien gradada Mezclas de arena y grava
Ängulo de rozamiento interno en función de la densidad inicial (*) Suelto Medianamente denso Denso 26 a 30 28 a 32 30 a 34 26 a 30 30 a 34 32 a 36 30 a 34 34 a 40 38 a 46 32 a 36 36 a 42 40 a 48
(*) Hough (1957) sugiere emplear los valores mas bajos de cada rango para los suelos redondeados o para aquellos que poseen partículas débiles (micas, esquistos), los más elevados para suelos con partículas angulosas y resistentes
